关于java:面试官竟然问我怎么实现分布式锁幸亏我总结了全套八股文

一个挺着啤酒肚，身穿格子衫，发际线重大后移的中年男子，手拿着保温杯，胳膊夹着 MacBook 向你走来，看样子是架构师级别。

面试开始， 直入正题。

面试官： 你有没有参加过秒杀零碎的设计？

我：没有，我平时都是开发后盾管理系统、OA 办公零碎、外部管理系统，素来没有开发过秒杀零碎。

面试官： 嗯 …，小伙子很实诚。明天就先到这里吧，前面有音讯会被动分割你。

前面还可能有音讯吗？你们啥时候被动分割过我？
实话实说的被拒，八股文背的溜反而被录取。
好吧，等我看看一灯怎么总结的秒杀零碎的八股文。

我：参加过秒杀零碎，并独立负责过秒杀零碎的架构设计（【狗头】是的，都是我设计的）。

面试官： 这样才对，这样我能力接着往下问。你在设计秒杀零碎的时候，怎么避免商品超卖？比方流动中只有一台 iPhone，最终卖出 100 台，必定不行，平台要亏钱。

我：必定要加锁，不过因为秒杀零碎申请量较大，个别应用分布式集群。而 Java 自带 Synchronized、ReentrantLock 锁只能用在单机零碎中，这时候就须要用到分布式锁。

面试官： 你提到分布式锁，分布式锁都有哪些作用？

八股文这就开始了。

我：我感觉分布式锁次要有两个作用：

保证数据的正确性：
比方：秒杀的时候避免商品超卖，表单反复提交，接口幂等性。

防止数据反复解决：
比方：调度工作在多台机器反复执行，缓存过期所有申请都去加载数据库。

总结八股文，还得是一灯。

面试官： 小伙子总结的挺全，你晓得设计一个分布式锁，要具备哪些个性？

我：我感觉分布式锁要具备以下这些个性：

互斥：同一时刻只能有一个线程取得锁。
可重入：当一个线程获取锁后，还能够再次获取这个锁，防止死锁产生。
高可用：当小局部节点挂掉后，依然可能对外提供服务。
高性能：要做到高并发、低提早。
反对阻塞和非阻塞：Synchronized 是阻塞的，ReentrantLock.tryLock()就是非阻塞的
反对偏心锁和非偏心锁：Synchronized 是非偏心锁，ReentrantLock(boolean fair)能够创立偏心锁

面试官： 小伙子，有点货色。你是怎么设计一个分布式锁？

我：有几种罕用的工具都能够实现分布式锁。
比方：关系型数据库（例如：MySQL）、分布式数据库（例如：Redis）、分布式协调服务框架（例如：zookeeper）

应用 MySQL 实现分布式锁比较简单，建一张表：

CREATE TABLE `distributed_lock` (
  `id` bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键 ID',
  `resource_name` varchar(200) NOT NULL DEFAULT ''COMMENT' 资源名称（惟一索引）',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uk_resource_name` (`resource_name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='分布式锁';

获取锁的时候，就插入一条记录。插入胜利就代表获取到锁，插入失败就代表获取锁失败。

INSERT INTO distributed_lock (`resource_name`) VALUES ('资源 1');

开释锁的时候，就删除这条记录。

DELETE FROM distributed_lock WHERE resource_name = '资源 1';

实现比较简单，不过还不能用于理论生产中，有几个问题没有解决：

这把锁不反对阻塞，insert 失败立刻就返回了。当然能够用 while 循环直到插入胜利，不过自旋也会占用 CPU。
这把锁不是可重入的，曾经获取到锁的线程再次插入也会失败，咱们能够减少两列，一列记录获取到锁的节点和线程，另一列记录加锁次数。获取锁，次数加一，开释锁，次数减一，次数为零就删除这把锁。
这把锁没有过期工夫，如果业务解决失败或者机器宕机，导致没有开释锁，锁就会始终存在，其余线程也无奈获取到锁。咱们能够减少一列锁过期工夫，再启动一个异步工作扫描过期工夫大于以后工夫的锁就删除。

就是这么麻烦，咱们看一下优化之后的锁变成什么样了：

CREATE TABLE `distributed_lock` (
  `id` bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键 ID',
  `resource_name` varchar(200) NOT NULL DEFAULT ''COMMENT' 资源名称（惟一索引）',
  `owner` varchar(200) NOT NULL DEFAULT ''COMMENT' 锁持有者（机器码 + 线程名称）',
  `lock_count` int NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '加锁次数',
  `expire_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '锁过期工夫',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uk_resource_name` (`resource_name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='分布式锁';

这下应该完满了吧？不行，还有个问题：

业务逻辑没解决完，锁过期了怎么办？

如果咱们设置锁过期工夫是 6 秒，失常状况下业务逻辑能够在 6 秒内解决实现，然而当 JVM 产生 FullGC 或者调用第三方服务呈现网络提早，业务逻辑还没解决完，锁曾经过期，被删掉，而后被其余线程获取到锁，岂不是要出问题？

这就引入了另一个知识点“锁续期”：

获取锁的同时，启动一个异步工作，每当业务执行到三分之一工夫，也就是 6 秒中的第 2 秒的时候，就主动缩短锁过期工夫，持续缩短到 6 秒，这样就能保障业务逻辑解决实现之前锁不会过期。

面试官： 小伙子，分布式锁算是让你玩明确了。我还想持续问，生产中个别很少用 MySQL 做分布式锁，因为 MySQL 并发性能跟不上。方才提到 Redis 也能够实现分布式锁，你晓得该怎么实现吗？

我当然晓得，八股文就要背全套。

我：应用 Redis 实现分布式锁，跟应用 MySQL 相似，也须要解决实现过程中遇到的各种问题，不过解决方案稍有不同。

最简略的获取锁形式：

// 1. 获取锁
redis.setnx('resource_name1', 'owner1')
// 2. 开释锁
redis.del('resource_name1')

当“resource_name1”不存在时，set 胜利，也就是获取锁胜利。

不过还须要加上过期工夫，避免没有开释锁。

// 1. 获取锁
redis.setnx('resource_name1', 'owner1')
// 2. 减少锁过期工夫
redis.exprire('resource_name1', 6, TimeUnit.SECONDS)

又引入新问题了，两条命令不是原子的，可能获取锁之后还没来得及设置过期工夫就宕机了，这该怎么办？

好办，在 Redis 2.6.12 之后，提供一条复合命令：

redis.set('resource_name1', 'owner1',"NX" "EX", 6)

还有一个问题，开释锁的时候，并没有判断锁的持有者，有可能把其余线程持有的锁给开释了，这可不行，能够这样做：

// 开释锁
if ('owner1'.equals(redis.get('resource_name1'))){redis.del('resource_name1')
}

这样行不行呢？还不行，因为 get 和 del 两条命令不是原子操作，须要引入 Lua 脚本把两条命令打包成一条发给 Redis 执行：

String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
redis.eval(script, Collections.singletonList('resource_name1'), Collections.singletonList('owner1'))

这样总行了吧？还不行，还有个“锁续期”的问题没有解决。

更简略了，Redis 客户端 Redisson 曾经帮咱们实现续期的性能，叫“WatchDog”（看门狗），在咱们调用 lock 主动唤醒“看门狗”。

面试官： 小伙子，你可真行啊。你再讲一下应用 zookeeper 怎么实现分布式锁？

我： zookeeper 采纳树形节点，相似 Linux 目录文件构造，同一目录下的节点名称不能反复。

节点有分为四种类型：

长久节点： 一旦创立，永恒存储在服务器上，除非手动删除。
长期节点： 生命周期与客户端绑定，客户端断开连接，节点就被主动删除。
长久程序节点： 个性同长久节点，只是在节点名称前面追加自增有序数字。
长期程序节点： 个性同长期节点，只是在节点名称前面追加自增有序数字。

zookeeper 还有个监听 - 告诉机制，客户端能够在资源节点上创立 watch 事件。当节点发生变化，会告诉客户端，客户端能够依据变动做相应的业务解决。

咱们能够利用 长期程序节点 的个性创立分布式锁，分以下三步：

在资源 /resource1 目录下创立长期程序节点 node
获取 /resource1 目录下的所有节点，如果以后节点序号最小，代表加锁胜利
如果不是，就是 watch 监听序号最小的节点

实现逻辑很简略，咱们来剖析一下 zookeeper 实现分布式锁的长处：

因为创立的长期节点，断开连接后主动删除，所以无需设置锁超时工夫，也就不必思考不开释和锁续期
因为节点上存储的创建人信息，锁也就反对可重入
因为能够监听节点，也就实现了可阻塞

面试官： 小伙子，降级加薪的机会就是留给你这样的人。薪资 double，今天就来下班吧。

总结：

对于分布式锁的所有知识点，尽管很多，但都曾经总结在这张图上了，欢送点赞珍藏转发评论。

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