MySQL–DB實現分佈式鎖思路

  • 2020 年 2 月 10 日
  • 筆記

無論是單機鎖還是分佈式鎖，原理都是基於共享的數據，判斷當前操作的行為。對於單機則是共享RAM內存，對於集群則可以藉助Redis，ZK，DB等第三方組件來實現。Redis，ZK對分佈式鎖提供了很好的支持，基本上開箱即用，然而這些組件本身要高可用，系統也需要強依賴這些組件，額外增加了不少成本。DB對於系統來說本身就默認為高可用組件，針對一些低頻的業務使用DB實現分佈式鎖也是一個不錯的解決方案，比如控制多機器下定時任務的起調，針對審批回調處理等，本文將給出DB實現分佈式鎖的一些場景以及解決方案，希望對你啟發。

表設計

首先要明確DB在系統中仍然需要認為是最脆弱的一環，因此在設計時需要考慮壓力問題，即能應用實現的邏輯就不要放到DB上實現，也就是盡量少使用DB提供的鎖能力，如果是高並發業務則要避免使用DB鎖，換成Redis等緩存鎖更加有效。如清單1所示，該表中唯一的約束為lock_name,timestamp,version三者組合主鍵，下文會利用這三者實現悲觀鎖，樂觀鎖等業務場景。

清單1: 分佈式鎖表結構 

CREATE TABLE `lock` (    `lock_name` varchar(32) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '鎖名稱',    `resource` bigint(20) NOT NULL COMMENT '業務主鍵',    `version` int(5) NOT NULL COMMENT '版本',    `gmt_create` datetime NOT NULL COMMENT '生成時間',    PRIMARY KEY (`lock_name`,`resource`,`version`)  ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

悲觀鎖實現

對於悲觀鎖業務中常見的操作有以下兩種：

針對A： A場景當一台機器獲取到鎖後，其他機器處於排隊狀態，鎖釋放後其他機器才能夠繼續下去，這種應用層面解決是相當麻煩，因此一般使用DB提供的行鎖能力，即select xxx from xxx for update。A場景一般都和業務強關聯，比如庫存增減，使用業務對象作為行鎖即可。需要注意的是，該方案本質上鎖壓力還是在數據庫上，當阻塞住的線程過多，且操作耗時，最後會出現大量鎖超時現象。

針對B： 針對B場景(tryLock)舉個具體業務，在集群下每台機器都有定時任務，但是業務上要求同一時刻只能有一台能正常調度。 解決思路是利用唯一主鍵約束，插入一條針對TaskA的記錄，版本則默認為1，插入成功的算獲取到鎖，繼續執行業務操作。這種方案當機器掛掉就會出現死鎖，因此還需要有一個定時任務，定時清理已經過期的鎖，清理維度可以根據lock_name設置不同時間清理策略。

定時任務清理策略會額外帶來複雜度，假設機器A獲取到了鎖，但由於CPU資源緊張，導致處理變慢，此時鎖被定時任務釋放，因此機器B也會獲取到鎖，那麼此時就出現同一時刻兩台機器同時持有鎖的現象，解決思路：把超時時間設置為遠大於業務處理時間，或者增加版本機制改成樂觀鎖。 

insert into lock set lock_name='TaskA' , resource='鎖住的業務',version=1,gmt_create=now()  success: 獲取到鎖  failed：放棄操作  釋放鎖

樂觀鎖實現

針對樂觀鎖場景，舉個具體業務，在後台系統中經常使用大json擴展字段存儲業務屬性，在涉及部分更新時，需要先查詢出來，合併數據，寫入到DB，這個過程中如果存在並發，則很容易造成數據丟失，因此需要使用鎖來保證數據一致性，相應操作如下所示，針對樂觀鎖，不存在死鎖，因此這裡直接存放業務id字段，保證每一個業務id有一條對應的記錄，並且不需要對應的定時器清除。

select * from lock where lock_name='業務名稱', resource='業務id';  不存在: insert into lock set lock_name='業務名稱', resource='業務id' , version=1;  獲取版本: version  業務操作: 取數據，合併數據，寫回數據  寫回到DB: update lock set version=version+1 where lock_name='業務名稱' and resource='業務id' and version= #{version};  寫回成功: 操作成功  寫回失敗: 回滾事務，從頭操作

樂觀鎖寫入失敗會回滾整個事務，因此如果寫入衝突很頻繁的場景不適合使用樂觀鎖，大量的事務回滾會給DB巨大壓力，最終影響到具體業務系統。

總結

分佈式鎖的原理實際上很容易理解，難的是如何在具體業務場景上選擇最合適的方案。無論是哪一種鎖方案都是與業務密切關聯，總之沒有完美的分佈式鎖方案，只有最適合當前業務的鎖方案。

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