玩转Mysql系列 - 第26篇：聊聊mysql如何实现分布式锁？

Mysql系列的目标是：通过这个系列从入门到全面掌握一个高级开发所需要的全部技能。

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这是Mysql系列第26篇。

本篇我们使用mysql实现一个分布式锁。

分布式锁的功能

  1. 分布式锁使用者位于不同的机器中，锁获取成功之后，才可以对共享资源进行操作

  2. 锁具有重入的功能：即一个使用者可以多次获取某个锁

  3. 获取锁有超时的功能：即在指定的时间内去尝试获取锁，超过了超时时间，如果还未获取成功，则返回获取失败

  4. 能够自动容错，比如：A机器获取锁lock1之后，在释放锁lock1之前，A机器挂了，导致锁lock1未释放，结果会lock1一直被A机器占有着，遇到这种情况时，分布式锁要能够自动解决，可以这么做：持有锁的时候可以加个持有超时时间，超过了这个时间还未释放的，其他机器将有机会获取锁

预备技能：乐观锁

通常我们修改表中一条数据过程如下：

  1. t1：select获取记录R1
  2. t2：对R1进行编辑
  3. t3：update R1

我们来看一下上面的过程存在的问题：

如果A、B两个线程同时执行到t1，他们俩看到的R1的数据一样，然后都对R1进行编辑，然后去执行t3，最终2个线程都会更新成功，后面一个线程会把前面一个线程update的结果给覆盖掉，这就是并发修改数据存在的问题。

我们可以在表中新增一个版本号，每次更新数据时候将版本号作为条件，并且每次更新时候版本号+1，过程优化一下，如下：

  1. t1：打开事务start transaction
  2. t2：select获取记录R1,声明变量v=R1.version
  3. t3：对R1进行编辑
  4. t4：执行更新操作
  5.     update R1 set version = version + 1 where user_id=#user_id# and version = #v#;
  6. t5：t4中的update会返回影响的行数，我们将其记录在count中，然后根据count来判断提交还是回滚
  7.     if(count==1){
  8.         //提交事务
  9.         commit;
  10.     }else{
  11.         //回滚事务
  12.         rollback;
  13.     }

上面重点在于步骤t4，当多个线程同时执行到t1，他们看到的R1是一样的，但是当他们执行到t4的时候，数据库会对update的这行记录加锁，确保并发情况下排队执行，所以只有第一个的update会返回1，其他的update结果会返回0，然后后面会判断count是否为1，进而对事务进行提交或者回滚。可以通过count的值知道修改数据是否成功了。

上面这种方式就乐观锁。我们可以通过乐观锁的方式确保数据并发修改过程中的正确性。

使用mysql实现分布式锁

建表

我们创建一个分布式锁表，如下

  1. DROP DATABASE IF EXISTS javacode2018;
  2. CREATE DATABASE javacode2018;
  3. USE javacode2018;
  4. DROP TABLE IF EXISTS t_lock;
  5. create table t_lock(
  6.   lock_key varchar(32) PRIMARY KEY NOT NULL COMMENT '锁唯一标志',
  7.   request_id varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用来标识请求对象的',
  8.   lock_count INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '当前上锁次数',
  9.   timeout BIGINT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '锁超时时间',
  10.   version INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '版本号，每次更新+1'
  11. )COMMENT '锁信息表';

分布式锁工具类：

  1. package com.itsoku.sql;
  2.  
  3. import lombok.Builder;
  4. import lombok.Getter;
  5. import lombok.Setter;
  6. import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
  7. import org.junit.Test;
  8.  
  9. import java.sql.*;
  10. import java.util.Objects;
  11. import java.util.UUID;
  12. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  13.  
  14.  
  15. /**
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  18.  */
  19. @Slf4j
  20. public class LockUtils {
  21.  
  22.     //将requestid保存在该变量中
  23.     static ThreadLocal<String> requestIdTL = new ThreadLocal<>();
  24.  
  25.     /**
  26.      * 获取当前线程requestid
  27.      *
  28.      * @return
  29.      */
  30.     public static String getRequestId() {
  31.         String requestId = requestIdTL.get();
  32.         if (requestId == null || "".equals(requestId)) {
  33.             requestId = UUID.randomUUID().toString();
  34.             requestIdTL.set(requestId);
  35.         }
  36.         log.info("requestId:{}", requestId);
  37.         return requestId;
  38.     }
  39.  
  40.     /**
  41.      * 获取锁
  42.      *
  43.      * @param lock_key        锁key
  44.      * @param locktimeout(毫秒) 持有锁的有效时间，防止死锁
  45.      * @param gettimeout(毫秒)  获取锁的超时时间，这个时间内获取不到将重试
  46.      * @return
  47.      */
  48.     public static boolean lock(String lock_key, long locktimeout, int gettimeout) throws Exception {
  49.         log.info("start");
  50.         boolean lockResult = false;
  51.         String request_id = getRequestId();
  52.         long starttime = System.currentTimeMillis();
  53.         while (true) {
  54.             LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key);
  55.             if (Objects.isNull(lockModel)) {
  56.                 //插入一条记录,重新尝试获取锁
  57.                 LockUtils.insert(LockModel.builder().lock_key(lock_key).request_id("").lock_count(0).timeout(0L).version(0).build());
  58.             } else {
  59.                 String reqid = lockModel.getRequest_id();
  60.                 //如果reqid为空字符，表示锁未被占用
  61.                 if ("".equals(reqid)) {
  62.                     lockModel.setRequest_id(request_id);
  63.                     lockModel.setLock_count(1);
  64.                     lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout);
  65.                     if (LockUtils.update(lockModel) == 1) {
  66.                         lockResult = true;
  67.                         break;
  68.                     }
  69.                 } else if (request_id.equals(reqid)) {
  70.                     //如果request_id和表中request_id一样表示锁被当前线程持有者，此时需要加重入锁
  71.                     lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout);
  72.                     lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() + 1);
  73.                     if (LockUtils.update(lockModel) == 1) {
  74.                         lockResult = true;
  75.                         break;
  76.                     }
  77.                 } else {
  78.                     //锁不是自己的，并且已经超时了，则重置锁，继续重试
  79.                     if (lockModel.getTimeout() < System.currentTimeMillis()) {
  80.                         LockUtils.resetLock(lockModel);
  81.                     } else {
  82.                         //如果未超时，休眠100毫秒，继续重试
  83.                         if (starttime + gettimeout > System.currentTimeMillis()) {
  84.                             TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
  85.                         } else {
  86.                             break;
  87.                         }
  88.                     }
  89.                 }
  90.             }
  91.         }
  92.         log.info("end");
  93.         return lockResult;
  94.     }
  95.  
  96.     /**
  97.      * 释放锁
  98.      *
  99.      * @param lock_key
  100.      * @throws Exception
  101.      */
  102.     public static void unlock(String lock_key) throws Exception {
  103.         //获取当前线程requestId
  104.         String requestId = getRequestId();
  105.         LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key);
  106.         //当前线程requestId和库中request_id一致 && lock_count>0，表示可以释放锁
  107.         if (Objects.nonNull(lockModel) && requestId.equals(lockModel.getRequest_id()) && lockModel.getLock_count() > 0) {
  108.             if (lockModel.getLock_count() == 1) {
  109.                 //重置锁
  110.                 resetLock(lockModel);
  111.             } else {
  112.                 lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() - 1);
  113.                 LockUtils.update(lockModel);
  114.             }
  115.         }
  116.     }
  117.  
  118.     /**
  119.      * 重置锁
  120.      *
  121.      * @param lockModel
  122.      * @return
  123.      * @throws Exception
  124.      */
  125.     public static int resetLock(LockModel lockModel) throws Exception {
  126.         lockModel.setRequest_id("");
  127.         lockModel.setLock_count(0);
  128.         lockModel.setTimeout(0L);
  129.         return LockUtils.update(lockModel);
  130.     }
  131.  
  132.     /**
  133.      * 更新lockModel信息，内部采用乐观锁来更新
  134.      *
  135.      * @param lockModel
  136.      * @return
  137.      * @throws Exception
  138.      */
  139.     public static int update(LockModel lockModel) throws Exception {
  140.         return exec(conn -> {
  141.             String sql = "UPDATE t_lock SET request_id = ?,lock_count = ?,timeout = ?,version = version + 1 WHERE lock_key = ? AND  version = ?";
  142.             PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);
  143.             int colIndex = 1;
  144.             ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id());
  145.             ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count());
  146.             ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout());
  147.             ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key());
  148.             ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion());
  149.             return ps.executeUpdate();
  150.         });
  151.     }
  152.  
  153.     public static LockModel get(String lock_key) throws Exception {
  154.         return exec(conn -> {
  155.             String sql = "select * from t_lock t WHERE t.lock_key=?";
  156.             PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);
  157.             int colIndex = 1;
  158.             ps.setString(colIndex++, lock_key);
  159.             ResultSet rs = ps.executeQuery();
  160.             if (rs.next()) {
  161.                 return LockModel.builder().
  162.                         lock_key(lock_key).
  163.                         request_id(rs.getString("request_id")).
  164.                         lock_count(rs.getInt("lock_count")).
  165.                         timeout(rs.getLong("timeout")).
  166.                         version(rs.getInt("version")).build();
  167.             }
  168.             return null;
  169.         });
  170.     }
  171.  
  172.     public static int insert(LockModel lockModel) throws Exception {
  173.         return exec(conn -> {
  174.             String sql = "insert into t_lock (lock_key, request_id, lock_count, timeout, version) VALUES (?,?,?,?,?)";
  175.             PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);
  176.             int colIndex = 1;
  177.             ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key());
  178.             ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id());
  179.             ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count());
  180.             ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout());
  181.             ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion());
  182.             return ps.executeUpdate();
  183.         });
  184.     }
  185.  
  186.     public static <T> T exec(SqlExec<T> sqlExec) throws Exception {
  187.         Connection conn = getConn();
  188.         try {
  189.             return sqlExec.exec(conn);
  190.         } finally {
  191.             closeConn(conn);
  192.         }
  193.     }
  194.  
  195.     @FunctionalInterface
  196.     public interface SqlExec<T> {
  197.         T exec(Connection conn) throws Exception;
  198.     }
  199.  
  200.     @Getter
  201.     @Setter
  202.     @Builder
  203.     public static class LockModel {
  204.         private String lock_key;
  205.         private String request_id;
  206.         private Integer lock_count;
  207.         private Long timeout;
  208.         private Integer version;
  209.     }
  210.  
  211.     private static final String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/javacode2018?useSSL=false";        //数据库地址
  212.     private static final String username = "root";        //数据库用户名
  213.     private static final String password = "root123";        //数据库密码
  214.     private static final String driver = "com.mysql.jdbc.Driver";        //mysql驱动
  215.  
  216.     /**
  217.      * 连接数据库
  218.      *
  219.      * @return
  220.      */
  221.     public static Connection getConn() {
  222.         Connection conn = null;
  223.         try {
  224.             Class.forName(driver);  //加载数据库驱动
  225.             try {
  226.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  //连接数据库
  227.             } catch (SQLException e) {
  228.                 e.printStackTrace();
  229.             }
  230.         } catch (ClassNotFoundException e) {
  231.             e.printStackTrace();
  232.         }
  233.         return conn;
  234.     }
  235.  
  236.     /**
  237.      * 关闭数据库链接
  238.      *
  239.      * @return
  240.      */
  241.     public static void closeConn(Connection conn) {
  242.         if (conn != null) {
  243.             try {
  244.                 conn.close();  //关闭数据库链接
  245.             } catch (SQLException e) {
  246.                 e.printStackTrace();
  247.             }
  248.         }
  249.     }
  250. }

上面代码中实现了文章开头列的分布式锁的所有功能，大家可以认真研究下获取锁的方法：lock，释放锁的方法：unlock。

测试用例

  1. package com.itsoku.sql;
  2.  
  3. import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
  4. import org.junit.Test;
  5.  
  6. import static com.itsoku.sql.LockUtils.lock;
  7. import static com.itsoku.sql.LockUtils.unlock;
  8.  
  9. /**
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  12.  */
  13. @Slf4j
  14. public class LockUtilsTest {
  15.  
  16.     //测试重复获取和重复释放
  17.     @Test
  18.     public void test1() throws Exception {
  19.         String lock_key = "key1";
  20.         for (int i = 0; i < 10; i++) {
  21.             lock(lock_key, 10000L, 1000);
  22.         }
  23.         for (int i = 0; i < 9; i++) {
  24.             unlock(lock_key);
  25.         }
  26.     }
  27.  
  28.     //获取之后不释放，超时之后被thread1获取
  29.     @Test
  30.     public void test2() throws Exception {
  31.         String lock_key = "key2";
  32.         lock(lock_key, 5000L, 1000);
  33.         Thread thread1 = new Thread(() -> {
  34.             try {
  35.                 try {
  36.                     lock(lock_key, 5000L, 7000);
  37.                 } finally {
  38.                     unlock(lock_key);
  39.                 }
  40.             } catch (Exception e) {
  41.                 e.printStackTrace();
  42.             }
  43.         });
  44.         thread1.setName("thread1");
  45.         thread1.start();
  46.         thread1.join();
  47.     }
  48. }

test1方法测试了重入锁的效果。

test2测试了主线程获取锁之后一直未释放，持有锁超时之后被thread1获取到了。

留给大家一个问题

上面分布式锁还需要考虑一个问题：比如A机会获取了key1的锁，并设置持有锁的超时时间为10秒，但是获取锁之后，执行了一段业务操作，业务操作耗时超过10秒了，此时机器B去获取锁时可以获取成功的，此时会导致A、B两个机器都获取锁成功了，都在执行业务操作，这种情况应该怎么处理？大家可以思考一下然后留言，我们一起讨论一下。

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posted @ 2022-04-23 23:27  程序员小明1024  阅读(122)  评论(0)  编辑  收藏  举报