基于etcd的分布式锁
1. 分布式锁的特点
- 在分布式环境下，一个资源在同一时间只能被一个机器上的一个线程获取
- 高可用的获取锁和释放锁
- 高性能的获取锁和释放锁
- 具备可重入特性
- 具备锁实现机制，防止死锁
- 具备非阻塞锁特性，获取不到值直接返回
2. 分布式锁的实现方式
分布式主要有三种主流的实现方式：
(1)基于数据库实现的分布式锁：采用乐观锁、悲观锁或者基于主键唯一约束实现
(2)基于分布式缓存实现的分布式锁：redis和基于redis的redlock
(3)基于分布式一致性算法实现的分布式锁：zookeeper、etcd
每种分布式锁都有其所适用的生产环境，同时特各有利弊：
- 数据库实现的分布式锁性能较差，而且不支持过期，但是不会引入更多的中间件
- 缓存实现的分布式锁高性能，支持非阻塞，适用大并发的场景
- etcd实现的分布式锁具备阻塞特性，适用于服务发现和注册、任务调度等
3. 基于etcd的分布式锁实现机制
etcd 支持以下功能，正是依赖这些功能来实现分布式锁的：
- Lease机制：即租约机制(TTL,Time To Live)，etcd可以为存储的kv对设置租约，当租约到期，kv将失效删除；同时也支持续约，keepalive
- Revision机制：每个key带有一个Revision属性值，etcd每进行一次事务对应的全局Revision值都会+1，因此每个key对应的Revision属性值都是全局唯一的。通过比较Revision的大小就可以知道进行写操作的顺序
- 在实现分布式锁时，多个程序同时抢锁，根据Revision值大小依次获得锁，避免“惊群效应”，实现公平锁
- Prefix机制：也称为目录机制，可以根据前缀获得该目录下所有的key及其对应的属性值
- watch机制：watch支持watch某个固定的key或者一个前缀目录，当watch的key发生变化，客户端将收到通知
4. 基于etcd的分布式锁的实现过程
- 步骤 1: 准备
客户端连接 Etcd，以 /lock/mylock 为前缀创建全局唯一的 key，假设第一个客户端对应的 key="/lock/mylock/UUID1"，第二个为 key="/lock/mylock/UUID2"；客户端分别为自己的 key 创建租约 - Lease，租约的长度根据业务耗时确定，假设为 15s；
- 步骤 2: 创建定时任务作为租约的“心跳”
当一个客户端持有锁期间，其它客户端只能等待，为了避免等待期间租约失效，客户端需创建一个定时任务作为“心跳”进行续约。此外，如果持有锁期间客户端崩溃，心跳停止，key 将因租约到期而被删除，从而锁释放，避免死锁。
- 步骤 3: 客户端将自己全局唯一的 key 写入 Etcd
进行 put 操作，将步骤 1 中创建的 key 绑定租约写入 Etcd，根据 Etcd 的 Revision 机制，假设两个客户端 put 操作返回的 Revision 分别为 1、2，客户端需记录 Revision 用以接下来判断自己是否获得锁。
- 步骤 4: 客户端判断是否获得锁
客户端以前缀 /lock/mylock 读取 keyValue 列表（keyValue 中带有 key 对应的 Revision），判断自己 key 的 Revision 是否为当前列表中最小的，如果是则认为获得锁；否则监听列表中前一个 Revision 比自己小的 key 的删除事件，一旦监听到删除事件或者因租约失效而删除的事件，则自己获得锁。
- 步骤 5: 执行业务
获得锁后，操作共享资源，执行业务代码。
- 步骤 6: 释放锁
完成业务流程后，删除对应的key释放锁。
5. go实现etcd分布式锁
func main() {
config := clientv3.Config{
Endpoints: []string{"xxx.xxx.xxx.xxx:2379"},
DialTimeout: 5 * time.Second,
}
// 获取客户端连接
client, err := clientv3.New(config)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
// 1. 上锁（创建租约，自动续租，拿着租约去抢占一个key ）
// 用于申请租约
lease := clientv3.NewLease(client)
// 申请一个10s的租约
leaseGrantResp, err := lease.Grant(context.TODO(), 10) //10s
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
// 拿到租约的id
leaseID := leaseGrantResp.ID
// 准备一个用于取消续租的context
ctx, cancelFunc := context.WithCancel(context.TODO())
// 确保函数退出后，自动续租会停止
defer cancelFunc()
// 确保函数退出后，租约会失效
defer lease.Revoke(context.TODO(), leaseID)
// 自动续租
keepRespChan, err := lease.KeepAlive(ctx, leaseID)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
// 处理续租应答的协程
go func() {
select {
case keepResp := <-keepRespChan:
if keepRespChan == nil {
fmt.Println("lease has expired")
goto END
} else {
// 每秒会续租一次
fmt.Println("收到自动续租应答", keepResp.ID)
}
}
END:
}()
// if key 不存在，then设置它，else抢锁失败
kv := clientv3.NewKV(client)
// 创建事务
txn := kv.Txn(context.TODO())
// 如果key不存在
txn.If(clientv3.Compare(clientv3.CreateRevision("/cron/lock/job7"), "=", 0)).
Then(clientv3.OpPut("/cron/jobs/job7", "", clientv3.WithLease(leaseID))).
Else(clientv3.OpGet("/cron/jobs/job7")) //如果key存在
// 提交事务
txnResp, err := txn.Commit()
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
// 判断是否抢到了锁
if !txnResp.Succeeded {
fmt.Println("锁被占用了：", string(txnResp.Responses[0].GetResponseRange().Kvs[0].Value))
return
}
// 2. 处理业务（锁内，很安全）
fmt.Println("处理任务")
time.Sleep(5 * time.Second)
// 3. 释放锁（取消自动续租，释放租约）
// defer会取消续租，释放锁
}
