分布式锁的实现原理

一、分布式锁概述

分布式锁，顾名思义，就是在分布式环境下使用的锁。众所周知，在并发编程中，我们经常需要借助并发控制工具，如 mutex、synchronized 等，来保障线程安全。但是，这种线程安全仅作用在同一内存环境中。在实际业务中，为了保障服务的可靠性，我们通常会采用多节点进行部署。在这种分布式情况下，各实例间的内存不共享，线程安全并不能保证并发安全，如下例，同一实例中线程A与线程B之间的并发安全并不能保证实例1与实例2之间的并发安全：

因此，当遇到分布式系统的并发安全问题时，我们就可能会需要引入分布式锁来解决。

用于实现分布式锁的组件通常都会具备以下的一些特性：

• 互斥性：提供分布式环境下的互斥原语来加锁/释放锁，当然是分布式锁最基本的特性。
• 自动释放：为了应对分布式系统中各实例因通信故障导致锁不能释放的问题，自动释放的特性通常也是很有必要的。
• 分区容错性：应用在分布式系统的组件，具备分区容错性也是一项重要的特性，否则就会成为整个系统的瓶颈。

目前开源社区中常见的分布式锁解决方案，大多是基于具备集群部署能力的 key-value 存储中间件来实现，最为常用的方案基本上是基于 Redis、zookeeper 来实现，笔者将从上述分布式锁的特性出发，介绍一下这两类的分布式锁解决方案的优缺点。

二、分布式锁的实现原理

2.1Redis 实现分布式锁

Redis 由于其高性能、使用及部署便利性，在很多场景下是实现分布式锁的首选。首先我们看下 Redis 是如何实现互斥性的。在单机部署的模式下，Redis 由于其单线程处理命令的线程模型，天然的具备互斥能力；而在哨兵/集群模式下，写命令也是单独发送到某个单独节点上进行处理，可以保证互斥性；其核心的命令是 set [NX]（set if ot exist）：

成功设置 lockValue 的实例，就相当于抢锁成功。但如果持有锁的实例宕机，因为 Redis 服务端并没有感知客户端状态的能力，因此会出现锁无法释放的问题：

这种情况下，就需要给 key 设置一个过期时间 expireTime：

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如果持有锁的实例宕机无法释放锁，则锁会自动过期，这样可以就避免锁无法释放的问题。在一些简单的场景下，通过该方式实现的分布式锁已经可以满足需求。但这种方式存在一个明显问题：如果业务的实际处理时间比锁过期时间长，锁就会被误释放，导致其他实例也可以加锁：