玩转Mysql系列 - 第26篇：聊聊mysql如何实现分布式锁？

这是Mysql系列第26篇。

本篇我们使用mysql实现一个分布式锁。

分布式锁的功能

1. 分布式锁使用者位于不同的机器中，锁获取成功之后，才可以对共享资源进行操作

2. 锁具有重入的功能：即一个使用者可以多次获取某个锁

3. 获取锁有超时的功能：即在指定的时间内去尝试获取锁，超过了超时时间，如果还未获取成功，则返回获取失败

4. 能够自动容错，比如：A机器获取锁lock1之后，在释放锁lock1之前，A机器挂了，导致锁lock1未释放，结果会lock1一直被A机器占有着，遇到这种情况时，分布式锁要能够自动解决，可以这么做：持有锁的时候可以加个持有超时时间，超过了这个时间还未释放的，其他机器将有机会获取锁

预备技能：乐观锁

通常我们修改表中一条数据过程如下：

t1：select获取记录R1
t2：对R1进行编辑
t3：update R1

我们来看一下上面的过程存在的问题：

如果A、B两个线程同时执行到t1，他们俩看到的R1的数据一样，然后都对R1进行编辑，然后去执行t3，最终2个线程都会更新成功，后面一个线程会把前面一个线程update的结果给覆盖掉，这就是并发修改数据存在的问题。

我们可以在表中新增一个版本号，每次更新数据时候将版本号作为条件，并且每次更新时候版本号+1，过程优化一下，如下：

t1：打开事务start transaction
t2：select获取记录R1,声明变量v=R1.version
t3：对R1进行编辑
t4：执行更新操作update R1 set version = version + 1 where user_id=#user_id# and version = #v#;
t5：t4中的update会返回影响的行数，我们将其记录在count中，然后根据count来判断提交还是回滚if(count==1){//提交事务commit;}else{//回滚事务rollback;}

上面重点在于步骤t4，当多个线程同时执行到t1，他们看到的R1是一样的，但是当他们执行到t4的时候，数据库会对update的这行记录加锁，确保并发情况下排队执行，所以只有第一个的update会返回1，其他的update结果会返回0，然后后面会判断count是否为1，进而对事务进行提交或者回滚。可以通过count的值知道修改数据是否成功了。

上面这种方式就乐观锁。我们可以通过乐观锁的方式确保数据并发修改过程中的正确性。

使用mysql实现分布式锁

建表

我们创建一个分布式锁表，如下

DROP DATABASE IF EXISTS javacode2018;
CREATE DATABASE javacode2018;
USE javacode2018;
DROP TABLE IF EXISTS t_lock;
create table t_lock(lock_key varchar(32) PRIMARY KEY NOT NULL COMMENT '锁唯一标志',request_id varchar(64) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '用来标识请求对象的',lock_count INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '当前上锁次数',timeout BIGINT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '锁超时时间',version INT NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '版本号，每次更新+1'
)COMMENT '锁信息表';

分布式锁工具类：

package com.itsoku.sql;import lombok.Builder;
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;import java.sql.*;
import java.util.Objects;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** 工作10年的前阿里P7分享Java、算法、数据库方面的技术干货！坚信用技术改变命运，让家人过上更体面的生活！* 喜欢的请关注公众号：路人甲Java*/
@Slf4j
public class LockUtils {//将requestid保存在该变量中static ThreadLocal<String> requestIdTL = new ThreadLocal<>();/*** 获取当前线程requestid** @return*/public static String getRequestId() {String requestId = requestIdTL.get();if (requestId == null || "".equals(requestId)) {requestId = UUID.randomUUID().toString();requestIdTL.set(requestId);}log.info("requestId:{}", requestId);return requestId;}/*** 获取锁** @param lock_key        锁key* @param locktimeout(毫秒) 持有锁的有效时间，防止死锁* @param gettimeout(毫秒)  获取锁的超时时间，这个时间内获取不到将重试* @return*/public static boolean lock(String lock_key, long locktimeout, int gettimeout) throws Exception {log.info("start");boolean lockResult = false;String request_id = getRequestId();long starttime = System.currentTimeMillis();while (true) {LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key);if (Objects.isNull(lockModel)) {//插入一条记录,重新尝试获取锁LockUtils.insert(LockModel.builder().lock_key(lock_key).request_id("").lock_count(0).timeout(0L).version(0).build());} else {String reqid = lockModel.getRequest_id();//如果reqid为空字符，表示锁未被占用if ("".equals(reqid)) {lockModel.setRequest_id(request_id);lockModel.setLock_count(1);lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout);if (LockUtils.update(lockModel) == 1) {lockResult = true;break;}} else if (request_id.equals(reqid)) {//如果request_id和表中request_id一样表示锁被当前线程持有者，此时需要加重入锁lockModel.setTimeout(System.currentTimeMillis() + locktimeout);lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() + 1);if (LockUtils.update(lockModel) == 1) {lockResult = true;break;}} else {//锁不是自己的，并且已经超时了，则重置锁，继续重试if (lockModel.getTimeout() < System.currentTimeMillis()) {LockUtils.resetLock(lockModel);} else {//如果未超时，休眠100毫秒，继续重试if (starttime + gettimeout > System.currentTimeMillis()) {TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);} else {break;}}}}}log.info("end");return lockResult;}/*** 释放锁** @param lock_key* @throws Exception*/public static void unlock(String lock_key) throws Exception {//获取当前线程requestIdString requestId = getRequestId();LockModel lockModel = LockUtils.get(lock_key);//当前线程requestId和库中request_id一致 && lock_count>0，表示可以释放锁if (Objects.nonNull(lockModel) && requestId.equals(lockModel.getRequest_id()) && lockModel.getLock_count() > 0) {if (lockModel.getLock_count() == 1) {//重置锁resetLock(lockModel);} else {lockModel.setLock_count(lockModel.getLock_count() - 1);LockUtils.update(lockModel);}}}/*** 重置锁** @param lockModel* @return* @throws Exception*/public static int resetLock(LockModel lockModel) throws Exception {lockModel.setRequest_id("");lockModel.setLock_count(0);lockModel.setTimeout(0L);return LockUtils.update(lockModel);}/*** 更新lockModel信息，内部采用乐观锁来更新** @param lockModel* @return* @throws Exception*/public static int update(LockModel lockModel) throws Exception {return exec(conn -> {String sql = "UPDATE t_lock SET request_id = ?,lock_count = ?,timeout = ?,version = version + 1 WHERE lock_key = ? AND  version = ?";PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);int colIndex = 1;ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id());ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count());ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout());ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key());ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion());return ps.executeUpdate();});}public static LockModel get(String lock_key) throws Exception {return exec(conn -> {String sql = "select * from t_lock t WHERE t.lock_key=?";PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);int colIndex = 1;ps.setString(colIndex++, lock_key);ResultSet rs = ps.executeQuery();if (rs.next()) {return LockModel.builder().lock_key(lock_key).request_id(rs.getString("request_id")).lock_count(rs.getInt("lock_count")).timeout(rs.getLong("timeout")).version(rs.getInt("version")).build();}return null;});}public static int insert(LockModel lockModel) throws Exception {return exec(conn -> {String sql = "insert into t_lock (lock_key, request_id, lock_count, timeout, version) VALUES (?,?,?,?,?)";PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(sql);int colIndex = 1;ps.setString(colIndex++, lockModel.getLock_key());ps.setString(colIndex++, lockModel.getRequest_id());ps.setInt(colIndex++, lockModel.getLock_count());ps.setLong(colIndex++, lockModel.getTimeout());ps.setInt(colIndex++, lockModel.getVersion());return ps.executeUpdate();});}public static <T> T exec(SqlExec<T> sqlExec) throws Exception {Connection conn = getConn();try {return sqlExec.exec(conn);} finally {closeConn(conn);}}@FunctionalInterfacepublic interface SqlExec<T> {T exec(Connection conn) throws Exception;}@Getter@Setter@Builderpublic static class LockModel {private String lock_key;private String request_id;private Integer lock_count;private Long timeout;private Integer version;}private static final String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/javacode2018?useSSL=false";        //数据库地址private static final String username = "root";        //数据库用户名private static final String password = "root123";        //数据库密码private static final String driver = "com.mysql.jdbc.Driver";        //mysql驱动/*** 连接数据库** @return*/public static Connection getConn() {Connection conn = null;try {Class.forName(driver);  //加载数据库驱动try {conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  //连接数据库} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}return conn;}/*** 关闭数据库链接** @return*/public static void closeConn(Connection conn) {if (conn != null) {try {conn.close();  //关闭数据库链接} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}}
}

上面代码中实现了文章开头列的分布式锁的所有功能，大家可以认真研究下获取锁的方法：lock，释放锁的方法：unlock。

测试用例

package com.itsoku.sql;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;import static com.itsoku.sql.LockUtils.lock;
import static com.itsoku.sql.LockUtils.unlock;/*** 工作10年的前阿里P7分享Java、算法、数据库方面的技术干货！坚信用技术改变命运，让家人过上更体面的生活！* 喜欢的请关注公众号：路人甲Java*/
@Slf4j
public class LockUtilsTest {//测试重复获取和重复释放@Testpublic void test1() throws Exception {String lock_key = "key1";for (int i = 0; i < 10; i++) {lock(lock_key, 10000L, 1000);}for (int i = 0; i < 9; i++) {unlock(lock_key);}}//获取之后不释放，超时之后被thread1获取@Testpublic void test2() throws Exception {String lock_key = "key2";lock(lock_key, 5000L, 1000);Thread thread1 = new Thread(() -> {try {try {lock(lock_key, 5000L, 7000);} finally {unlock(lock_key);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}});thread1.setName("thread1");thread1.start();thread1.join();}
}

test1方法测试了重入锁的效果。

test2测试了主线程获取锁之后一直未释放，持有锁超时之后被thread1获取到了。

留给大家一个问题

上面分布式锁还需要考虑一个问题：比如A机会获取了key1的锁，并设置持有锁的超时时间为10秒，但是获取锁之后，执行了一段业务操作，业务操作耗时超过10秒了，此时机器B去获取锁时可以获取成功的，此时会导致A、B两个机器都获取锁成功了，都在执行业务操作，这种情况应该怎么处理？大家可以思考一下然后留言，我们一起讨论一下。