Mysql高手系列 – 第26篇：聊聊如何使用mysql实现分布式锁
- 2019 年 10 月 28 日
- 笔记
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
- 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
- 锁具有重入的功能：即一个使用者可以多次获取某个锁
- 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
- 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：
t1：select获取记录R1 t2：对R1进行编辑 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：
t1：打开事务start transaction t2：select获取记录R1,声明变量v=R1.version t3：对R1进行编辑 t4：执行更新操作 update R1 set version = version + 1 where user_id=#user_id# and version = #v#; 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 if(count==1){ //提交事务 commit; }else{ //回滚事务 rollback; }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
DROP DATABASE IF EXISTS javacode2018; CREATE DATABASE javacode2018; USE javacode2018; DROP TABLE IF EXISTS t_lock; create table t_lock( lock_key varchar(32) PRIMARY KEY NOT NULL COMMENT '锁唯一标志', request_id varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用来标识请求对象的', lock_count INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '当前上锁次数', timeout BIGINT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '锁超时时间', version INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '版本号，每次更新+1' )COMMENT '锁信息表';分布式锁工具类：
package com.itsoku.sql; import lombok.Builder; import lombok.Getter; import lombok.Setter; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.junit.Test; import java.sql.*; import java.util.Objects; import java.util.UUID; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * 工作10年的前阿里P7分享Java、算法、数据库方面的技术干货！坚信用技术改变命运，让家人过上更体面的生活！ * 喜欢的请关注公众号：路人甲Java */ @Slf4j public class LockUtils { //将requestid保存在该变量中 static ThreadLocal<String> requestIdTL = new ThreadLocal<>(); /** * 获取当前线程requestid * * @return */ public static String getRequestId() { String requestId = requestIdTL.get(); if (requestId == null || "".equals(requestId)) { requestId = UUID.randomUUID().toString(); requestIdTL.set(requestId); } log.info("requestId:{}", requestId); return requestId; } /** * 获取锁 * * @param lock_key 锁key * @param locktimeout(毫秒) 持有锁的有效时间，防止死锁 * @param gettimeout(毫秒) 获取锁的超时时间，这个时间内获取不到将重试 * @return */ public static boolean lock(String lock_key, long locktimeout, int gettimeout) throws Exception { log.info("start"); boolean lockResult = false; String request_id = getRequestId(); long starttime = System.currentTimeMillis(); while (true) { LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key); if (Objects.isNull(lockModel)) { //插入一条记录,重新尝试获取锁 LockUtils.insert(LockModel.builder().lock_key(lock_key).request_id("").lock_count(0).timeout(0L).version(0).build()); } else { String reqid = lockModel.getRequest_id(); //如果reqid为空字符，表示锁未被占用 if ("".equals(reqid)) { lockModel.setRequest_id(request_id); lockModel.setLock_count(1); lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout); if (LockUtils.update(lockModel) == 1) { lockResult = true; break; } } else if (request_id.equals(reqid)) { //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 lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout); lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() + 1); if (LockUtils.update(lockModel) == 1) { lockResult = true; break; } } else { //锁不是自己的，并且已经超时了，则重置锁，继续重试 if (lockModel.getTimeout() < System.currentTimeMillis()) { LockUtils.resetLock(lockModel); } else { //如果未超时，休眠100毫秒，继续重试 if (starttime + gettimeout > System.currentTimeMillis()) { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); } else { break; } } } } } log.info("end"); return lockResult; } /** * 释放锁 * * @param lock_key * @throws Exception */ public static void unlock(String lock_key) throws Exception { //获取当前线程requestId String requestId = getRequestId(); LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key); //当前线程requestId和库中request_id一致 && lock_count>0，表示可以释放锁 if (Objects.nonNull(lockModel) && requestId.equals(lockModel.getRequest_id()) && lockModel.getLock_count() > 0) { if (lockModel.getLock_count() == 1) { //重置锁 resetLock(lockModel); } else { lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() - 1); LockUtils.update(lockModel); } } } /** * 重置锁 * * @param lockModel * @return * @throws Exception */ public static int resetLock(LockModel lockModel) throws Exception { lockModel.setRequest_id(""); lockModel.setLock_count(0); lockModel.setTimeout(0L); return LockUtils.update(lockModel); } /** * 更新lockModel信息，内部采用乐观锁来更新 * * @param lockModel * @return * @throws Exception */ public static int update(LockModel lockModel) throws Exception { return exec(conn -> { String sql = "UPDATE t_lock SET request_id = ?,lock_count = ?,timeout = ?,version = version + 1 WHERE lock_key = ? AND version = ?"; PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql); int colIndex = 1; ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id()); ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count()); ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout()); ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key()); ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion()); return ps.executeUpdate(); }); } public static LockModel get(String lock_key) throws Exception { return exec(conn -> { String sql = "select * from t_lock t WHERE t.lock_key=?"; PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql); int colIndex = 1; ps.setString(colIndex++, lock_key); ResultSet rs = ps.executeQuery(); if (rs.next()) { return LockModel.builder(). lock_key(lock_key). request_id(rs.getString("request_id")). lock_count(rs.getInt("lock_count")). timeout(rs.getLong("timeout")). version(rs.getInt("version")).build(); } return null; }); } public static int insert(LockModel lockModel) throws Exception { return exec(conn -> { String sql = "insert into t_lock (lock_key, request_id, lock_count, timeout, version) VALUES (?,?,?,?,?)"; PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql); int colIndex = 1; ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key()); ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id()); ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count()); ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout()); ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion()); return ps.executeUpdate(); }); } public static <T> T exec(SqlExec<T> sqlExec) throws Exception { Connection conn = getConn(); try { return sqlExec.exec(conn); } finally { closeConn(conn); } } @FunctionalInterface public interface SqlExec<T> { T exec(Connection conn) throws Exception; } @Getter @Setter @Builder public static class LockModel { private String lock_key; private String request_id; private Integer lock_count; private Long timeout; private Integer version; } private static final String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/javacode2018?useSSL=false"; //数据库地址 private static final String username = "root"; //数据库用户名 private static final String password = "root123"; //数据库密码 private static final String driver = "com.mysql.jdbc.Driver"; //mysql驱动 /** * 连接数据库 * * @return */ public static Connection getConn() { Connection conn = null; try { Class.forName(driver); //加载数据库驱动 try { conn = DriverManager.getConnection(url, username, password); //连接数据库 } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } return conn; } /** * 关闭数据库链接 * * @return */ public static void closeConn(Connection conn) { if (conn != null) { try { conn.close(); //关闭数据库链接 } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } } }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
package com.itsoku.sql; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.junit.Test; import static com.itsoku.sql.LockUtils.lock; import static com.itsoku.sql.LockUtils.unlock; /** * 工作10年的前阿里P7分享Java、算法、数据库方面的技术干货！坚信用技术改变命运，让家人过上更体面的生活！ * 喜欢的请关注公众号：路人甲Java */ @Slf4j public class LockUtilsTest { //测试重复获取和重复释放 @Test public void test1() throws Exception { String lock_key = "key1"; for (int i = 0; i < 10; i++) { lock(lock_key, 10000L, 1000); } for (int i = 0; i < 9; i++) { unlock(lock_key); } } //获取之后不释放，超时之后被thread1获取 @Test public void test2() throws Exception { String lock_key = "key2"; lock(lock_key, 5000L, 1000); Thread thread1 = new Thread(() -> { try { try { lock(lock_key, 5000L, 7000); } finally { unlock(lock_key); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }); thread1.setName("thread1"); thread1.start(); thread1.join(); } }
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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