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一. 分布式锁

1.1 问题描述:

  随着业务发展的需要，原单体单机部署的系统被演化成分布式集群系统后，由于分布式系统多线程、多进程并且分布在不同机器上，这将使原单机部署情况下的并发控制锁策略失效，单纯的Java API并不能提供分布式锁的能力。为了解决这个问题就需要一种跨JVM的互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁要解决的问题！

分布式锁主流的实现方案：
  1. 基于数据库实现分布式锁
  2. 基于缓存（Redis等）
  3. 基于Zookeeper

每一种分布式锁解决方案都有各自的优缺点：
  1. 性能：redis最高
  2. 可靠性：zookeeper最高

1.2 解决方案:使用redis实现分布式锁

加锁：

NX ：只在键不存在时，才对键进行设置操作。

释放锁：

若长时间不释放，则应用阻塞，因此加锁时需添加过期时间：

expire缺乏原子性：如果在setnx和expire之间出现异常，锁也无法释放。在set时指定过期时间（推荐）

二.代码实现

2.1 加锁:

    @PostMapping("/testLock")
    public void  testLock() {
        /*获取锁*/
        Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "1");
        /*获取锁成功*/
        if(lock){
            Object num = redisTemplate.opsForValue().get("num");
            if(StringUtils.isEmpty(num)){
                return ;
            }
            int tic = Integer.parseInt(num+"");
            redisTemplate.opsForValue().set("num",++tic);
           /* 释放锁，del*/
            redisTemplate.delete("lock");
        }else {
            try {
                Thread.sleep(100);
                testLock();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

启动程序，ab压测：

ab -n 20000 -c 2000 -k -p ./postfile -T application/x-www-form-urlencoded http://192.168.0.101:8080/redisTest/testLock

结果查询：

2.2 优化之设置锁的过期时间

2.3 优化之UUID防误删

2.3.1 场景：

如果业务逻辑的执行时间是7s。
1.业务逻辑1没执行完，3秒后锁被自动释放。
2.业务逻辑2获取到锁，执行业务逻辑，3秒后锁被自动释放。
3.业务逻辑3获取到锁，执行业务逻辑
4.业务逻辑1执行完成，开始调用del释放锁，这时释放的是业务逻辑3的锁，导致业务逻辑3的业务只执行1s就被别人释放。
出现没有上锁的情况

2.3.2 解决：

setnx获取锁时，设置一个指定的唯一值（例如：uuid）；释放前获取这个值，判断是否自己的锁

    @PostMapping("/testLock")
    public void testLock() {
        String yyds = UUID.randomUUID().toString();
        /*获取锁*/
        Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", yyds, 3, TimeUnit.SECONDS);
        /*获取锁成功*/
        if (lock) {
            Object num = redisTemplate.opsForValue().get("num");
            if (StringUtils.isEmpty(num)) {
                return;
            }
            int tic = Integer.parseInt(num + "");
            redisTemplate.opsForValue().set("num", ++tic);
            /*获取锁的uuid,只能释放自己的锁*/
            String uuidLock = (String)redisTemplate.opsForValue().get("lock");
            if(yyds.equals(uuidLock)){
                /* 释放锁，del*/
                redisTemplate.delete("lock");
            }
            
        } else {
            try {
                Thread.sleep(100);
                testLock();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

2.4 优化之LUA脚本保证删除的原子性

2.4.1 场景： 删除操作缺乏原子性

1.业务逻辑1执行删除时，查询到的lock值确实和uuid相等
uuid=v1
set(lock,uuid)；

2.业务逻辑1执行删除前，lock刚好过期时间已到，被redis自动释放
在redis中没有了lock，没有了锁。

3.业务逻辑2获取了lock
index2线程获取到了cpu的资源，开始执行方法
uuid=v2
set(lock,uuid)；
4.业务逻辑执行删除，此时会把业务逻辑2的lock删除

删除的业务逻辑2的锁

2.4.2 解决：

 @GetMapping("testLockLua")
    public void testLockLua() {
        //1 声明一个uuid ,将做为一个value 放入我们的key所对应的值中
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        //2 定义一个锁：lua 脚本可以使用同一把锁，来实现删除！
        String locKey = "lock"; 

        // 3 获取锁
        Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(locKey, uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);

        // 第一种： lock 与过期时间中间不写任何的代码。
        // redisTemplate.expire("lock",10, TimeUnit.SECONDS);//设置过期时间
        // 如果true
        if (lock) {
            // 执行的业务逻辑开始
            // 获取缓存中的num 数据
            Object value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
            // 如果是空直接返回
            if (StringUtils.isEmpty(value)) {
                return;
            }
            // 不是空 如果说在这出现了异常！ 那么delete 就删除失败！ 也就是说锁永远存在！
            int num = Integer.parseInt(value + "");
            // 使num 每次+1 放入缓存
            redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));
            /*使用lua脚本来锁*/
            // 定义lua 脚本
            String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
            // 使用redis执行lua执行
            DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
            redisScript.setScriptText(script);
            // 设置一下返回值类型 为Long
            // 因为删除判断的时候，返回的0,给其封装为数据类型。如果不封装那么默认返回String 类型，
            // 那么返回字符串与0 会有发生错误。
            redisScript.setResultType(Long.class);
            // 第一个要是script 脚本 ，第二个需要判断的key，第三个就是key所对应的值。
            redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(locKey), uuid);
        } else {
            // 其他线程等待
            try {
                Thread.sleep(1000);
                testLockLua();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

三. 锁的实现原则

至少要确保锁的实现同时满足四个条件：

• 互斥性：在任意时刻，只有一个客户端能持有锁；
• 不会发生死锁：即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁；
• 加锁和解锁必须是同一个客户端：客户端自己不能把别人加的锁给解了；
• 加锁和解锁必须具有原子性；