1、简述
分布式锁是分布式系统中用来控制资源访问的一种机制，主要解决多实例、多线程同时访问共享资源时的并发问题。本文将介绍常见的分布式锁实现方案，包括基于数据库、Redis、ZooKeeper 的实现方式，并提供实践样例。
2、分布式锁的基本要求
互斥性：同一时刻只能有一个客户端获取锁。
防死锁：即使客户端发生故障，锁也能自动释放。
可重入性：一个线程在持有锁时可以重复获取。
高性能：锁的获取和释放需要高效。
3、常见分布式锁实现方案
3.1 基于数据库实现分布式锁
利用数据库的唯一约束或 SELECT FOR UPDATE 特性实现分布式锁。
package com.example.springbootclient.lock;import javax.sql.DataSource;import java.sql.Connection;import java.sql.PreparedStatement;import java.sql.SQLException;public class DatabaseDistributedLock {private final DataSource dataSource;public DatabaseDistributedLock(DataSource dataSource) {this.dataSource = dataSource;}public boolean tryLock(String lockKey, long expireTime) {String sql = "INSERT INTO distributed_locks (lock_key, expire_time) VALUES (?, ?) ON DUPLICATE KEY UPDATE expire_time=?";try (Connection conn = dataSource.getConnection();PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement(sql)) {stmt.setString(1, lockKey);stmt.setLong(2, System.currentTimeMillis() + expireTime);stmt.setLong(3, System.currentTimeMillis() + expireTime);return stmt.executeUpdate() > 0;} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();return false;}}public void releaseLock(String lockKey) {String sql = "DELETE FROM distributed_locks WHERE lock_key = ?";try (Connection conn = dataSource.getConnection();PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement(sql)) {stmt.setString(1, lockKey);stmt.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}}
优点
简单易用，适合小规模分布式应用。
缺点
性能较差，数据库压力大。
需要手动清理过期锁。
3.2 基于 Redis 实现分布式锁
首先，在 Spring Boot 项目中引入 Jedis 依赖。你可以在 pom.xml 文件中添加以下内容：
<dependency><groupId>redis.clients</groupId><artifactId>jedis</artifactId><version>4.4.3</version> <!-- 请根据实际需求选择最新版本 --></dependency>
利用 Redis 的 SET NX 命令实现互斥锁，并结合 EXPIRE 设置超时时间。
package com.example.springbootclient.lock;import redis.clients.jedis.Jedis;import redis.clients.jedis.params.SetParams;public class RedisDistributedLock {private final Jedis jedis;public RedisDistributedLock(Jedis jedis) {this.jedis = jedis;}public boolean tryLock(String lockKey, String requestId, long expireTime) {SetParams setParams = new SetParams();setParams.nx();setParams.px(expireTime);String result = jedis.set(lockKey, requestId, setParams);return "OK".equals(result);}public boolean releaseLock(String lockKey, String requestId) {String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +"return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";Object result = jedis.eval(luaScript, 1, lockKey, requestId);return "1".equals(result.toString());}}
优点
高性能，适合高并发场景。
易于扩展和部署。
缺点
实现稍复杂，需要保证锁释放的原子性
3.3 基于 ZooKeeper 实现分布式锁
首先，在 Spring Boot 项目中引入 ZooKeeper 依赖。你可以在 pom.xml 文件中添加以下内容：
<dependency><groupId>org.apache.zookeeper</groupId><artifactId>zookeeper</artifactId><version>3.8.1</version> <!-- 请根据实际需求选择最新版本 --></dependency>
通过 ZooKeeper 的节点特性（临时有序节点）实现分布式锁。
package com.example.springbootclient.lock;import org.apache.zookeeper.*;import java.util.Collections;import java.util.List;public class ZookeeperDistributedLock {private final ZooKeeper zk;private final String lockBasePath;private String currentLockPath;public ZookeeperDistributedLock(ZooKeeper zk, String lockBasePath) {this.zk = zk;this.lockBasePath = lockBasePath;}public void tryLock() throws Exception {currentLockPath = zk.create(lockBasePath + "/lock_", new byte[0],ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);while (true) {List<String> children = zk.getChildren(lockBasePath, false);Collections.sort(children);if (currentLockPath.endsWith(children.get(0))) {return; // 获取锁成功}// 等待前一个节点释放int index = children.indexOf(currentLockPath.substring(lockBasePath.length() + 1));String previousNode = children.get(index - 1);zk.exists(lockBasePath + "/" + previousNode, watchedEvent -> {if (watchedEvent.getType() == Watcher.Event.EventType.NodeDeleted) {synchronized (this) {this.notifyAll();}}});synchronized (this) {this.wait();}}}public void releaseLock() throws Exception {zk.delete(currentLockPath, -1);}}
优点
可靠性高，天然支持故障恢复。
无需手动清理过期锁。
缺点
部署复杂，需要维护 ZooKeeper 集群。
性能不如 Redis。
4、总结
分布式锁在分布式系统中是重要的组件，根据具体需求和场景选择合适的实现方案尤为关键：
如果系统简单且性能要求不高，可以选择基于数据库的分布式锁。
如果性能和扩展性是首要考虑，可以选择基于 Redis 的分布式锁。
如果系统需要强一致性和高可靠性，可以选择基于 ZooKeeper 的分布式锁。
通过实践这些分布式锁方案，可以有效解决分布式系统中的资源竞争问题，从而提升系统的可靠性和稳定性。
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