用数据库实现了一个分布式锁，虽简陋，但能用！
原创用数据库实现了一个分布式锁，虽简陋，但能用！
原创
以前参加过一个库存系统，由于其业务复杂性，搞了很多个应用来支撑。这样的话一份库存数据就有可能同时有多个应用来修改库存数据。比如说，有定时任务域xx.cron，和SystemA域和SystemB域这几个JAVA应用，可能同时修改同一份库存数据。如果不做协调的话，就会有脏数据出现。对于跨JAVA进程的线程协调，可以借助外部环境，例如DB或者Redis。下文介绍一下如何使用DB来实现分布式锁。Java面试宝典PDF完整版
设计
本文设计的分布式锁的交互方式如下：1、根据业务字段生成transaction_id，并线程安全的创建锁资源 2、根据transaction_id申请锁 3、释放锁
动态创建锁资源
在使用synchronized关键字的时候，必须指定一个锁对象。
synchronized(obj)?{
...
}?进程内的线程可以基于obj来实现同步。obj在这里可以理解为一个锁对象。如果线程要进入synchronized代码块里，必须先持有obj对象上的锁。这种锁是JAVA里面的内置锁，创建的过程是线程安全的。那么借助DB，如何保证创建锁的过程是线程安全的呢？可以利用DB中的UNIQUE KEY特性，一旦出现了重复的key，由于UNIQUE KEY的唯一性，会抛出异常的。在JAVA里面，是SQLIntegrityConstraintViolationException异常。
create?table?distributed_lock
(
?id?BIGINT?UNSIGNED?PRIMARY?KEY?AUTO_INCREMENT?COMMENT?'自增主键',
?transaction_id?varchar(128)?NOT?NULL?DEFAULT?''?COMMENT?'事务id',
?last_update_time?TIMESTAMP?DEFAULT?CURRENT_TIMESTAMP?ON?UPDATE?CURRENT_TIMESTAMP?NOT?NULL?COMMENT?'最后更新时间',
?create_time?TIMESTAMP?DEFAULT?'0000-00-00?00:00:00'?NOT?NULL?COMMENT?'创建时间',
?UNIQUE?KEY?`idx_transaction_id`?(`transaction_id`)
)transaction_id是事务Id，比如说，可以用
仓库 + 条码 + 销售模式
来组装一个transaction_id，表示某仓库某销售模式下的某个条码资源。不同条码，当然就有不同的transaction_id。如果有两个应用，拿着相同的transaction_id来创建锁资源的时候，只能有一个应用创建成功。
一条
distributed_lock记录插入成功了，就表示一份锁资源创建成功了。
DB连接池列表设计
在写操作频繁的业务系统中，通常会进行分库，以降低单数据库写入的压力，并提高写操作的吞吐量。如果使用了分库，那么业务数据自然也都分配到各个数据库上了。在这种水平切分的多数据库上使用DB分布式锁，可以自定义一个DataSouce列表。并暴露一个getConnection(String transactionId)方法，按照transactionId找到对应的Connection。
实现代码如下：
package?dlock;
import?com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource;
import?org.springframework.stereotype.Component;
import?javax.annotation.PostConstruct;
import?java.io.FileInputStream;
import?java.io.IOException;
import?java.sql.Connection;
import?java.util.ArrayList;
import?java.util.List;
import?java.util.Properties;
@Component
public?class?DataSourcePool?{
????private?List<DruidDataSource>?dlockDataSources?=?new?ArrayList<>();
????@PostConstruct
????private?void?initDataSourceList()?throws?IOException?{
????????Properties?properties?=?new?Properties();
????????FileInputStream?fis?=?new?FileInputStream("db.properties");
????????properties.load(fis);
????????Integer?lockNum?=?Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_NUM"));
????????for?(int?i?=?0;?i?<?lockNum;?i++)?{
????????????String?user?=?properties.getProperty("DLOCK_USER_"?+?i);
????????????String?password?=?properties.getProperty("DLOCK_PASS_"?+?i);
????????????Integer?initSize?=?Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_INIT_SIZE_"?+?i));
????????????Integer?maxSize?=?Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_MAX_SIZE_"?+?i));
????????????String?url?=?properties.getProperty("DLOCK_URL_"?+?i);
????????????DruidDataSource?dataSource?=?createDataSource(user,password,initSize,maxSize,url);
????????????dlockDataSources.add(dataSource);
????????}
????}
????private?DruidDataSource?createDataSource(String?user,?String?password,?Integer?initSize,?Integer?maxSize,?String?url)?{
????????DruidDataSource?dataSource?=?new?DruidDataSource();
????????dataSource.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");
????????dataSource.setUsername(user);
????????dataSource.setPassword(password);
????????dataSource.setUrl(url);
????????dataSource.setInitialSize(initSize);
????????dataSource.setMaxActive(maxSize);
????????return?dataSource;
????}
????public?Connection?getConnection(String?transactionId)?throws?Exception?{
????????if?(dlockDataSources.size()?<=?0)?{
????????????return?null;
????????}
????????if?(transactionId?==?null?||?"".equals(transactionId))?{
????????????throw?new?RuntimeException("transactionId是必须的");
????????}
????????int?hascode?=?transactionId.hashCode();
????????if?(hascode?<?0)?{
????????????hascode?=?-?hascode;
????????}
????????return?dlockDataSources.get(hascode?%?dlockDataSources.size()).getConnection();
????}
}首先编写一个initDataSourceList方法，并利用Spring的PostConstruct注解初始化一个DataSource?列表。相关的DB配置从db.properties读取。
DLOCK_NUM=2
DLOCK_USER_0="user1"
DLOCK_PASS_0="pass1"
DLOCK_INIT_SIZE_0=2
DLOCK_MAX_SIZE_0=10
DLOCK_URL_0="jdbc:mysql://localhost:3306/test1"
DLOCK_USER_1="user1"
DLOCK_PASS_1="pass1"
DLOCK_INIT_SIZE_1=2
DLOCK_MAX_SIZE_1=10
DLOCK_URL_1="jdbc:mysql://localhost:3306/test2"DataSource使用阿里的DruidDataSource。
接着最重要的一个实现getConnection(String transactionId)方法。实现原理很简单，获取transactionId的hashcode，并对DataSource的长度取模即可。
连接池列表设计好后，就可以实现往distributed_lock表插入数据了。
package?dlock;
import?org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import?org.springframework.stereotype.Component;
import?java.sql.*;
@Component
public?class?DistributedLock?{
????@Autowired
????private?DataSourcePool?dataSourcePool;
????/**
?????*?根据transactionId创建锁资源
?????*/
????public?String?createLock(String?transactionId)?throws?Exception{
????????if?(transactionId?==?null)?{
????????????throw?new?RuntimeException("transactionId是必须的");
????????}
????????Connection?connection?=?null;
????????Statement?statement?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?dataSourcePool.getConnection(transactionId);
????????????connection.setAutoCommit(false);
????????????statement?=?connection.createStatement();
????????????statement.executeUpdate("INSERT?INTO?distributed_lock(transaction_id)?VALUES?('"?+?transactionId?+?"')");
????????????connection.commit();
????????????return?transactionId;
????????}
????????catch?(SQLIntegrityConstraintViolationException?icv)?{
????????????//说明已经生成过了。
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????}
????????????return?transactionId;
????????}
????????catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????}
????????????throw??e;
????????}
????????finally?{
????????????if?(statement?!=?null)?{
????????????????statement.close();
????????????}
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.close();
????????????}
????????}
????}
}根据transactionId锁住线程
接下来利用DB的select for update特性来锁住线程。当多个线程根据相同的transactionId并发同时操作select for update的时候，只有一个线程能成功，其他线程都block住，直到select for update成功的线程使用commit操作后，block住的所有线程的其中一个线程才能开始干活。我们在上面的DistributedLock类中创建一个lock方法。
?public?boolean?lock(String?transactionId)?throws?Exception?{
????????Connection?connection?=?null;
????????PreparedStatement?preparedStatement?=?null;
????????ResultSet?resultSet?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?dataSourcePool.getConnection(transactionId);
????????????preparedStatement?=?connection.prepareStatement("SELECT?*?FROM?distributed_lock?WHERE?transaction_id?=???FOR?UPDATE?");
????????????preparedStatement.setString(1,transactionId);
????????????resultSet?=?preparedStatement.executeQuery();
????????????if?(!resultSet.next())?{
????????????????connection.rollback();
????????????????return?false;
????????????}
????????????return?true;
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????}
????????????throw??e;
????????}
????????finally?{
????????????if?(preparedStatement?!=?null)?{
????????????????preparedStatement.close();
????????????}
????????????if?(resultSet?!=?null)?{
????????????????resultSet.close();
????????????}
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.close();
????????????}
????????}
????}实现解锁操作
当线程执行完任务后，必须手动的执行解锁操作，之前被锁住的线程才能继续干活。在我们上面的实现中，其实就是获取到当时select for update成功的线程对应的Connection，并实行commit操作即可。
那么如何获取到呢？我们可以利用ThreadLocal。首先在DistributedLock类中定义
private?ThreadLocal<Connection>?threadLocalConn?=?new?ThreadLocal<>();每次调用lock方法的时候，把Connection放置到ThreadLocal里面。我们修改lock方法。
?public?boolean?lock(String?transactionId)?throws?Exception?{
????????Connection?connection?=?null;
????????PreparedStatement?preparedStatement?=?null;
????????ResultSet?resultSet?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?dataSourcePool.getConnection(transactionId);
????????????threadLocalConn.set(connection);
????????????preparedStatement?=?connection.prepareStatement("SELECT?*?FROM?distributed_lock?WHERE?transaction_id?=???FOR?UPDATE?");
????????????preparedStatement.setString(1,transactionId);
????????????resultSet?=?preparedStatement.executeQuery();
????????????if?(!resultSet.next())?{
????????????????connection.rollback();
????????????????threadLocalConn.remove();
????????????????return?false;
????????????}
????????????return?true;
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????????threadLocalConn.remove();
????????????}
????????????throw??e;
????????}
????????finally?{
????????????if?(preparedStatement?!=?null)?{
????????????????preparedStatement.close();
????????????}
????????????if?(resultSet?!=?null)?{
????????????????resultSet.close();
????????????}
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.close();
????????????}
????????}
????}这样子，当获取到Connection后，将其设置到ThreadLocal中，如果lock方法出现异常，则将其从ThreadLocal中移除掉。
有了这几步后，我们可以来实现解锁操作了。我们在DistributedLock添加一个unlock方法。
?public?void?unlock()?throws?Exception?{
????????Connection?connection?=?null;
????????try?{
????????????connection?=?threadLocalConn.get();
????????????if?(!connection.isClosed())?{
????????????????connection.commit();
????????????????connection.close();
????????????????threadLocalConn.remove();
????????????}
????????}?catch?(Exception?e)?{
????????????if?(connection?!=?null)?{
????????????????connection.rollback();
????????????????connection.close();
????????????}
????????????threadLocalConn.remove();
????????????throw?e;
????????}
????}缺点
毕竟是利用DB来实现分布式锁，对DB还是造成一定的压力。当时考虑使用DB做分布式的一个重要原因是，我们的应用是后端应用，平时流量不大的，反而关键的是要保证库存数据的正确性。对于像前端库存系统，比如添加购物车占用库存等操作，最好别使用DB来实现分布式锁了。
进一步思考
如果想锁住多份数据该怎么实现？比如说，某个库存操作，既要修改物理库存，又要修改虚拟库存，想锁住物理库存的同时，又锁住虚拟库存。其实也不是很难，参考lock方法，写一个multiLock方法，提供多个transactionId的入参，for循环处理就可以了。Java面试宝典PDF完整版
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