MySQL--DB实现分布式锁思路

无论是单机锁还是分布式锁,原理都是基于共享的数据,判断当前操作的行为。对于单机则是共享RAM内存,对于集群则可以借助Redis,ZK,DB等第三方组件来实现。Redis,ZK对分布式锁提供了很好的支持,基本上开箱即用,然而这些组件本身要高可用,系统也需要强依赖这些组件,额外增加了不少成本。DB对于系统来说本身就默认为高可用组件,针对一些低频的业务使用DB实现分布式锁也是一个不错的解决方案,比如控制多机器下定时任务的起调,针对审批回调处理等,本文将给出DB实现分布式锁的一些场景以及解决方案,希望对你启发。

表设计

首先要明确DB在系统中仍然需要认为是最脆弱的一环,因此在设计时需要考虑压力问题,即能应用实现的逻辑就不要放到DB上实现,也就是尽量少使用DB提供的锁能力,如果是高并发业务则要避免使用DB锁,换成Redis等缓存锁更加有效。如清单1所示,该表中唯一的约束为lock_name,timestamp,version三者组合主键,下文会利用这三者实现悲观锁,乐观锁等业务场景。

清单1: 分布式锁表结构

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CREATE TABLE `lock` (
`lock_name` varchar(32) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '锁名称',
`resource` bigint(20) NOT NULL COMMENT '业务主键',
`version` int(5) NOT NULL COMMENT '版本',
`gmt_create` datetime NOT NULL COMMENT '生成时间',
PRIMARY KEY (`lock_name`,`resource`,`version`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

悲观锁实现

对于悲观锁业务中常见的操作有以下两种:

针对A:
A场景当一台机器获取到锁后,其他机器处于排队状态,锁释放后其他机器才能够继续下去,这种应用层面解决是相当麻烦,因此一般使用DB提供的行锁能力,即select xxx from xxx for update。A场景一般都和业务强关联,比如库存增减,使用业务对象作为行锁即可。需要注意的是,该方案本质上锁压力还是在数据库上,当阻塞住的线程过多,且操作耗时,最后会出现大量锁超时现象。

针对B:
针对B场景(tryLock)举个具体业务,在集群下每台机器都有定时任务,但是业务上要求同一时刻只能有一台能正常调度。
解决思路是利用唯一主键约束,插入一条针对TaskA的记录,版本则默认为1,插入成功的算获取到锁,继续执行业务操作。这种方案当机器挂掉就会出现死锁,因此还需要有一个定时任务,定时清理已经过期的锁,清理维度可以根据lock_name设置不同时间清理策略。

定时任务清理策略会额外带来复杂度,假设机器A获取到了锁,但由于CPU资源紧张,导致处理变慢,此时锁被定时任务释放,因此机器B也会获取到锁,那么此时就出现同一时刻两台机器同时持有锁的现象,解决思路:把超时时间设置为远大于业务处理时间,或者增加版本机制改成乐观锁。

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insert into lock set lock_name='TaskA' , resource='锁住的业务',version=1,gmt_create=now()
success: 获取到锁
failed:放弃操作
释放锁

乐观锁实现

针对乐观锁场景,举个具体业务,在后台系统中经常使用大json扩展字段存储业务属性,在涉及部分更新时,需要先查询出来,合并数据,写入到DB,这个过程中如果存在并发,则很容易造成数据丢失,因此需要使用锁来保证数据一致性,相应操作如下所示,针对乐观锁,不存在死锁,因此这里直接存放业务id字段,保证每一个业务id有一条对应的记录,并且不需要对应的定时器清除。

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select * from lock where lock_name='业务名称', resource='业务id';
不存在: insert into lock set lock_name='业务名称', resource='业务id' , version=1;
获取版本: version
业务操作: 取数据,合并数据,写回数据
写回到DB: update lock set version=version+1 where lock_name='业务名称' and resource='业务id' and version= #{version};
写回成功: 操作成功
写回失败: 回滚事务,从头操作

乐观锁写入失败会回滚整个事务,因此如果写入冲突很频繁的场景不适合使用乐观锁,大量的事务回滚会给DB巨大压力,最终影响到具体业务系统。

总结

分布式锁的原理实际上很容易理解,难的是如何在具体业务场景上选择最合适的方案。无论是哪一种锁方案都是与业务密切关联,总之没有完美的分布式锁方案,只有最适合当前业务的锁方案。

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