SpringBoot基于数据库实现简单的分布式锁
1.简介
分布式锁的方式有很多种，通常方案有：
- 基于mysql数据库
- 基于redis
- 基于ZooKeeper
网上的实现方式有很多，本文主要介绍的是如果使用mysql实现简单的分布式锁，加锁流程如下图：
其实大致思想如下：
- 1.根据一个值来获取锁（也就是我这里的tag），如果当前不存在锁，那么在数据库插入一条记录，然后进行处理业务，当结束，释放锁（删除锁）。
- 2.如果存在锁，判断锁是否过期，如果过期则更新锁的有效期，然后继续处理业务，当结束时，释放锁。如果没有过期，那么获取锁失败，退出。
2.数据库设计
2.1 数据表介绍
数据库表是由JPA自动生成的，稍后会对实体进行介绍，内容如下：
CREATE TABLE `lock_info` (
`id` bigint(20) NOT NULL,
`expiration_time` datetime NOT NULL,
`status` int(11) NOT NULL,
`tag` varchar(255) NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `uk_tag` (`tag`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;
其中：
- id：主键
- tag：锁的标示，以订单为例，可以锁订单id
- expiration_time：过期时间
- status：锁状态，0，未锁，1，已经上锁
3.实现
本文使用SpringBoot 2.0.3.RELEASE，MySQL 8.0.16，ORM层使用的JPA。
3.1 pom
新建项目，在项目中加入jpa和mysql依赖，完整内容如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.0.3.RELEASE</version>
<relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>
<groupId>com.dalaoyang</groupId>
<artifactId>springboot2_distributed_lock_mysql</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<name>springboot2_distributed_lock_mysql</name>
<description>springboot2_distributed_lock_mysql</description>
<properties>
<java.version>1.8</java.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<version>1.16.22</version>
<scope>provided</scope>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
3.2 配置文件
配置文件配置了一下数据库信息和jpa的基本配置，如下：
server.port=20001
##数据库配置
##数据库地址
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/lock?characterEncoding=utf8&useSSL=false
##数据库用户名
spring.datasource.username=root
##数据库密码
spring.datasource.password=12345678
##数据库驱动
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver
##validate 加载hibernate时，验证创建数据库表结构
##create 每次加载hibernate，重新创建数据库表结构，这就是导致数据库表数据丢失的原因。
##create-drop 加载hibernate时创建，退出是删除表结构
##update 加载hibernate自动更新数据库结构
##validate 启动时验证表的结构，不会创建表
##none 启动时不做任何操作
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update
##控制台打印sql
spring.jpa.show-sql=true
##设置innodb
spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.MySQL5InnoDBDialect
3.3 实体类
实体类如下，这里给tag字段设置了唯一索引，防止重复插入相同的数据：
package com.dalaoyang.entity;
import lombok.Data;
import javax.persistence.*;
import java.util.Date;
@Data
@Entity
@Table(name = "LockInfo",
uniqueConstraints={@UniqueConstraint(columnNames={"tag"},name = "uk_tag")})
public class Lock {
public final static Integer LOCKED_STATUS = 1;
public final static Integer UNLOCKED_STATUS = 0;
/**
* 主键id
*/
@Id
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
private Long id;
/**
* 锁的标示，以订单为例，可以锁订单id
*/
@Column(nullable = false)
private String tag;
/**
* 过期时间
*/
@Column(nullable = false)
private Date expirationTime;
/**
* 锁状态，0，未锁，1，已经上锁
*/
@Column(nullable = false)
private Integer status;
public Lock(String tag, Date expirationTime, Integer status) {
this.tag = tag;
this.expirationTime = expirationTime;
this.status = status;
}
public Lock() {
}
}
3.4 repository
repository层只添加了两个简单的方法，根据tag查找锁和根据tag删除锁的操作，内容如下：
package com.dalaoyang.repository;
import com.dalaoyang.entity.Lock;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
public interface LockRepository extends JpaRepository<Lock, Long> {
Lock findByTag(String tag);
void deleteByTag(String tag);
}
3.5 service
service接口定义了两个方法，获取锁和释放锁，内容如下：
package com.dalaoyang.service;
public interface LockService {
/**
* 尝试获取锁
* @param tag 锁的键
* @param expiredSeconds 锁的过期时间（单位：秒），默认10s
* @return
*/
boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds);
/**
* 释放锁
* @param tag 锁的键
*/
void unlock(String tag);
}
实现类对上面方法进行了实现，其内容与上述流程图中一致，这里不在做介绍，完整内容如下：
package com.dalaoyang.service.impl;
import com.dalaoyang.entity.Lock;
import com.dalaoyang.repository.LockRepository;
import com.dalaoyang.service.LockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Propagation;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import org.springframework.util.StringUtils;
import java.util.Calendar;
import java.util.Date;
import java.util.Objects;
@Service
public class LockServiceImpl implements LockService {
private final Integer DEFAULT_EXPIRED_SECONDS = 10;
@Autowired
private LockRepository lockRepository;
@Override
@Transactional(rollbackFor = Throwable.class)
public boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds) {
if (StringUtils.isEmpty(tag)) {
throw new NullPointerException();
}
Lock lock = lockRepository.findByTag(tag);
if (Objects.isNull(lock)) {
lockRepository.save(new Lock(tag, this.addSeconds(new Date(), expiredSeconds), Lock.LOCKED_STATUS));
return true;
} else {
Date expiredTime = lock.getExpirationTime();
Date now = new Date();
if (expiredTime.before(now)) {
lock.setExpirationTime(this.addSeconds(now, expiredSeconds));
lockRepository.save(lock);
return true;
}
}
return false;
}
@Override
@Transactional(rollbackFor = Throwable.class)
public void unlock(String tag) {
if (StringUtils.isEmpty(tag)) {
throw new NullPointerException();
}
lockRepository.deleteByTag(tag);
}
private Date addSeconds(Date date, Integer seconds) {
if (Objects.isNull(seconds)){
seconds = DEFAULT_EXPIRED_SECONDS;
}
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
calendar.setTime(date);
calendar.add(Calendar.SECOND, seconds);
return calendar.getTime();
}
}
3.6 测试类
创建了一个测试的controller进行测试，里面写了一个test方法，方法在获取锁的时候会sleep 2秒，便于我们进行测试。完整内容如下:
package com.dalaoyang.controller;
import com.dalaoyang.service.LockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class TestController {
@Autowired
private LockService lockService;
@GetMapping("/tryLock")
public Boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds) {
return lockService.tryLock(tag, expiredSeconds);
}
@GetMapping("/unlock")
public Boolean unlock(String tag) {
lockService.unlock(tag);
return true;
}
@GetMapping("/test")
public String test(String tag, Integer expiredSeconds) {
if (lockService.tryLock(tag, expiredSeconds)) {
try {
//do something
//这里使用睡眠两秒，方便观察获取不到锁的情况
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
} finally {
lockService.unlock(tag);
}
return "获取锁成功，tag是：" + tag;
}
return "当前tag：" + tag + "已经存在锁，请稍后重试！";
}
}
3.测试
项目使用maven打包，分别使用两个端口启动，分别是20000和20001。
java -jar springboot2_distributed_lock_mysql-0.0.1-SNAPSHOT.jar --server.port=20001
java -jar springboot2_distributed_lock_mysql-0.0.1-SNAPSHOT.jar --server.port=20000
分别访问两个端口的项目，如图所示，只有一个请求可以获取锁。
4.总结
本案例实现的分布式锁只是一个简单的实现方案，还具备很多问题，不适合生产环境使用。
5.源码地址
源码地址：https://gitee.com/dalaoyang/springboot_learn/tree/master/springboot2_distributed_lock_mysql
