【130期】面試官：你能說清楚分布式鎖，進(jìn)程鎖，線程鎖的區(qū)別嗎？

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作者：大宅洋
www.cnblogs.com/intsmaze/p/6384105.html

在分布式集群系統(tǒng)的開發(fā)中，線程鎖往往并不能支持全部場景的使用，必須引入新的技術(shù)方案分布式鎖。

線程鎖，進(jìn)程鎖，分布式鎖

線程鎖:大家都不陌生，主要用來給方法、代碼塊加鎖。當(dāng)某個方法或者代碼塊使用鎖時，那么在同一時刻至多僅有有一個線程在執(zhí)行該段代碼。當(dāng)有多個線程訪問同一對象的加鎖方法/代碼塊時，同一時間只有一個線程在執(zhí)行，其余線程必須要等待當(dāng)前線程執(zhí)行完之后才能執(zhí)行該代碼段。但是，其余線程是可以訪問該對象中的非加鎖代碼塊的。

進(jìn)程鎖:也是為了控制同一操作系統(tǒng)中多個進(jìn)程訪問一個共享資源，只是因?yàn)槌绦虻莫?dú)立性，各個進(jìn)程是無法控制其他進(jìn)程對資源的訪問的，但是可以使用本地系統(tǒng)的信號量控制（操作系統(tǒng)基本知識）。

分布式鎖:當(dāng)多個進(jìn)程不在同一個系統(tǒng)之中時，使用分布式鎖控制多個進(jìn)程對資源的訪問。

分布式鎖到底是什么，怎么實(shí)現(xiàn)？

intsmaze說簡單點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分布式鎖必須要依靠第三方存儲介質(zhì)來存儲鎖的元數(shù)據(jù)等信息。比如分布式集群要操作某一行數(shù)據(jù)時，這個數(shù)據(jù)的流水號是唯一的，那么我們就把這個流水號作為一把鎖的id，當(dāng)某進(jìn)程要操作該數(shù)據(jù)時，先去第三方存儲介質(zhì)中看該鎖id是否存在，如果不存在，則將該鎖id寫入，然后執(zhí)對該數(shù)據(jù)的操作；當(dāng)其他進(jìn)程要訪問這個數(shù)據(jù)時，會先到第三方存儲介質(zhì)中查看有沒有這個數(shù)據(jù)的鎖id,有的話就認(rèn)為這行數(shù)據(jù)目前已經(jīng)有其他進(jìn)程在使用了，就會不斷地輪詢第三方存儲介質(zhì)看其他進(jìn)程是否釋放掉該鎖；當(dāng)進(jìn)程操作完該數(shù)據(jù)后，該進(jìn)程就到第三方存儲介質(zhì)中把該鎖id刪除掉，這樣其他輪詢的進(jìn)程就能得到對該鎖的控制。

Redis中當(dāng)然不能通過get,set操作判斷，get,set操作不是一個原子的，可以使用redis的jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)命令來保證原子性。

具體實(shí)現(xiàn)方案：https://www.cnblogs.com/linjiqin/p/8003838.html

說了這么多，再補(bǔ)充一點(diǎn)，線程鎖，進(jìn)程鎖，分布式鎖的作用都是一樣的，只是作用的范圍大小不同。范圍大小:分布式鎖——大于——進(jìn)程鎖——大于——線程鎖。能用線程鎖，進(jìn)程鎖情況下使用分布式鎖也是可以的，能用線程鎖的情況下使用進(jìn)程鎖也是可以的。只是范圍越大技術(shù)復(fù)雜度就越大。

多年j2EE開發(fā)生涯從未感覺到分布式鎖的痛點(diǎn)!!!

關(guān)于分布式鎖，有過javaEE開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的就會說了，系統(tǒng)為了應(yīng)對高并發(fā)，會搭建一個比如tomcat集群，集群內(nèi)服務(wù)都是訪問的同一臺數(shù)據(jù)庫，有多臺服務(wù)器同時修改同一條數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作，但是我們并沒有在服務(wù)器中使用分布式鎖？按照上面對分布式鎖的解釋，兩個不同系統(tǒng)上的JVM進(jìn)程同時訪問數(shù)據(jù)庫的同一個資源，這個時候我們應(yīng)該使用分布式鎖進(jìn)行控制。

這說的沒有錯，但是我們忘記了數(shù)據(jù)庫的特性了。如果兩臺服務(wù)器僅僅是直接訪問（通過url）并操作某臺服務(wù)器硬盤中某個文件同一行數(shù)據(jù)，這個時候我們必須用分布式鎖。

但是因?yàn)檫@兩臺服務(wù)器訪問的數(shù)據(jù)是存儲在數(shù)據(jù)庫中的（數(shù)據(jù)庫本身就是一個服務(wù)程序，多線程的接收外部系統(tǒng)發(fā)來的請求），兩臺服務(wù)器的請求通過網(wǎng)絡(luò)IO發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器后，然后把請求交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)的進(jìn)程處理，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是多線程接收請求并處理的，這個時候關(guān)于某表某一行數(shù)據(jù)的多線程訪問控制是由數(shù)據(jù)庫服務(wù)進(jìn)行控制的（就是數(shù)據(jù)庫服務(wù)的代碼中進(jìn)行了線程上的加鎖處理），這就是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的行鎖等特性，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫那一端已經(jīng)對外部多個系統(tǒng)的請求進(jìn)行了一個鎖操作，所以不需要我們在應(yīng)用服務(wù)端進(jìn)行分布式鎖的開發(fā)。

那如果想同時更新數(shù)據(jù)庫的多行數(shù)據(jù)，這個時候數(shù)據(jù)庫的行鎖就無法保證了。這個時候我們就要使用分布式鎖，是的這個時候就可以使用，注意我用的是可以。為什么說可以呢？因?yàn)閿?shù)據(jù)庫本身就提供了這個機(jī)制，事務(wù)以及他的隔離級別。當(dāng)然你也可以不用數(shù)據(jù)庫提供的事務(wù)，用分布式鎖。

分布式鎖的設(shè)計不需要考慮業(yè)務(wù)嗎?

分布式鎖的設(shè)計并不是完全美好的，只能針對某些業(yè)務(wù)場景下使用，如果要對所有業(yè)務(wù)使用，必須充分理解業(yè)務(wù)需求合理的設(shè)計，至于原因就和各位j2ee開發(fā)時mybatis的二級緩存以命名空間為單位所要注意的業(yè)務(wù)問題時一樣的。

intsmaze使用分布式鎖，我們會把某表的第二第三行作為id來鎖住，如果有相同的操作時更新該表第二第三行，我們才不讓他修改，必須讓他拿到鎖才可以。但是如果有個操作僅僅是修改第二行，這個時候他就獲得了對該行的操作，而且等數(shù)據(jù)庫釋放掉之前操作對該行的鎖后。

所以分布式鎖并不是隨處可用的，只是在某些場景下可以使用。比如業(yè)務(wù)系統(tǒng)不會存在單獨(dú)修改第二行的操作。

分布式鎖用于hbase存儲系統(tǒng)

實(shí)際開發(fā)場景中，我們會對hbase操作進(jìn)行分布式鎖，hbase作為一款優(yōu)秀的非內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一樣提供了事務(wù)的概念，只是HBase的事務(wù)是行級事務(wù)，可以保證行級數(shù)據(jù)的原子性、一致性、隔離性以及持久性，即通常所說的ACID特性。

為了實(shí)現(xiàn)事務(wù)特性，HBase采用了各種并發(fā)控制策略，包括各種鎖機(jī)制、MVCC機(jī)制等。

因?yàn)閔base只支持行級事物，當(dāng)業(yè)務(wù)需要并發(fā)操作兩行甚至多行記錄時，hbase本身就無法提供ACID的支持了。

數(shù)據(jù)庫訪問量過大除了主從還能如何負(fù)載壓力？

數(shù)據(jù)庫會為客戶端的每一個請求創(chuàng)建一個線程，這些線程針對特定行數(shù)據(jù)修改必須獲得該行的行鎖，而其他客戶端線程要想修改該數(shù)據(jù)的話，必須等待前面的線程釋放鎖后才被允許。

如果客戶端很多線程都要修改某行數(shù)據(jù)的話，沒有拿到鎖的線程都會在數(shù)據(jù)庫端機(jī)器上不斷輪詢，增大數(shù)據(jù)庫端的壓力。

我們可以使用分布式鎖，把對數(shù)據(jù)庫行鎖的等待獲取的輪詢放到每一個客戶端機(jī)器上去實(shí)現(xiàn)，這樣可以避免數(shù)據(jù)庫端線程的不斷輪詢。

比如，客戶端在要發(fā)送對數(shù)據(jù)庫的某行數(shù)據(jù)的操作請求前，在客戶端機(jī)器上進(jìn)行鎖的爭搶，沒有獲取到鎖，就不會像數(shù)據(jù)庫端發(fā)送操作請求，這樣數(shù)據(jù)庫端就沒有了輪詢的壓力。

當(dāng)然分布式鎖的引入一定要結(jié)合業(yè)務(wù)的需求來進(jìn)行設(shè)計，不然會出現(xiàn)鎖id的命名不全導(dǎo)致讀取的數(shù)據(jù)不一致，數(shù)據(jù)過期失效等問題。

使用那種第三方介質(zhì)存放分布式鎖?

目前流行的是zookeeper和redis，兩者各有好處，redis流行的內(nèi)存緩存，且能進(jìn)行水平擴(kuò)容同時還能提高請求負(fù)載，面對高并分布式鎖數(shù)據(jù)的讀寫請求能高速響應(yīng)，同時有aof,哨兵機(jī)制可以防止某臺宕機(jī)分布式鎖數(shù)據(jù)丟失帶來的問題。

zookeeper我是比較喜歡，因?yàn)樗欠植际揭恢滦运惴╬axos算法的實(shí)現(xiàn)，面對高負(fù)載請求毫無壓力，同時某一臺宕機(jī)毫不影響分布式鎖數(shù)據(jù)一致性，且附帶了監(jiān)聽機(jī)制，當(dāng)某一程序釋放某一個鎖后，其他程序可以及時得到通知來獲得對該分布式鎖的控制權(quán)，這里的輪詢實(shí)現(xiàn)不需要我們?nèi)ラ_發(fā)了。

關(guān)于分布式鎖與線程鎖的介紹從一年前就在編輯中，一直沒有時間以一種通俗明了的方式介紹給大家。本人在很多論壇中發(fā)現(xiàn)很多剛?cè)氪髷?shù)據(jù)領(lǐng)域的新人都會提到分布式鎖，但是并沒有深刻明白分布式鎖和線程鎖的場景，以至于很多情況下明明線程鎖就可以搞定的卻引入了分布式鎖，讓整個系統(tǒng)設(shè)計的更加復(fù)雜了。

另外要說的，zookeeper筆者認(rèn)為是很棒的技術(shù)，雖然在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域只是作為某一個框架的一個協(xié)調(diào)者出現(xiàn)，導(dǎo)致很多開發(fā)者忽視了他的偉大性。但是我想說的，在當(dāng)前火熱的微服務(wù)中，其實(shí)會借助zookeeper實(shí)現(xiàn)很多功能，比如分布式鎖，配置中心。

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