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什么是分布式锁，及其实现

web 2025/6/20 19:51:52

分布式锁是一种在分布式系统环境下用于控制多个进程对共享资源进行互斥访问的机制，其核心目标是确保在分布式架构中，不同节点上的进程不会同时执行某些关键操作，从而避免出现数据不一致、资源竞争等问题。以下是关于分布式锁的详细介绍：

一、分布式锁的应用场景

分布式系统中的并发控制：例如多个微服务节点同时访问数据库时，防止重复数据写入。
定时任务幂等性：避免同一任务被多个节点重复执行（如订单超时处理）。
缓存与数据库一致性：在缓存失效时，确保只有一个节点重新加载数据到缓存。
分布式事务中的资源锁定：如分布式事务中的乐观锁或悲观锁实现。

二、分布式锁的核心特性

互斥性：同一时刻只能有一个客户端获取锁，其他客户端需等待。
安全性：锁只能被获取者释放，不能被其他客户端误释放。
容错性：节点崩溃时，锁能自动释放（避免死锁）。
可用性：系统部分节点故障时，锁服务仍能正常工作。
一致性：锁的获取和释放操作在分布式环境中具备全局一致性。

三、分布式锁的实现方式

1. 基于Redis的实现

实现原理：利用Redis的SET NX（Set If Not Exists）命令实现互斥，配合EXPIRE设置过期时间防止死锁。

代码示例：

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** Redis分布式锁实现（基于Redisson框架）*/
public class RedisDistributedLock {private final RedissonClient redissonClient;public RedisDistributedLock(String redisAddress) {// 配置Redisson客户端Config config = new Config();config.useSingleServer().setAddress(redisAddress);this.redissonClient = Redisson.create(config);}/*** 获取锁（带超时）* @param lockName 锁名称* @param leaseTime 锁持有时间* @param timeUnit 时间单位* @return 是否获取成功*/public boolean tryLock(String lockName, long leaseTime, TimeUnit timeUnit) {RLock lock = redissonClient.getLock(lockName);try {// 尝试获取锁，等待waitTime时间，锁持有leaseTime后自动释放return lock.tryLock(5, leaseTime, timeUnit);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();return false;}}/*** 获取锁（自动续期）* @param lockName 锁名称* @return 锁对象*/public RLock lock(String lockName) {RLock lock = redissonClient.getLock(lockName);lock.lock(); // 默认30秒自动续期（看门狗机制）return lock;}/*** 释放锁* @param lockName 锁名称*/public void unlock(String lockName) {RLock lock = redissonClient.getLock(lockName);if (lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();}}/*** 释放锁（带锁对象）* @param lock 锁对象*/public void unlock(RLock lock) {if (lock != null && lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();}}/*** 关闭客户端*/public void shutdown() {if (redissonClient != null) {redissonClient.shutdown();}}
}

/*** Redis分布式锁使用示例*/
public class RedisLockExample {public static void main(String[] args) {// 初始化Redis客户端RedisDistributedLock redisLock = new RedisDistributedLock("redis://localhost:6379");// 模拟多线程并发访问for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(() -> {String threadName = Thread.currentThread().getName();String lockName = "order:create:lock";try {// 方式1：带超时的锁boolean locked = redisLock.tryLock(lockName, 10, TimeUnit.SECONDS);if (locked) {try {System.out.println(threadName + " 获取锁成功，执行业务逻辑...");// 模拟业务处理Thread.sleep(2000);} finally {redisLock.unlock(lockName);System.out.println(threadName + " 释放锁");}} else {System.out.println(threadName + " 获取锁失败");}// 方式2：自动续期的锁/*RLock lock = redisLock.lock(lockName);try {System.out.println(threadName + " 获取锁成功，执行业务逻辑...");Thread.sleep(5000); // 业务处理时间超过默认30秒会自动续期} finally {redisLock.unlock(lock);System.out.println(threadName + " 释放锁");}*/} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}, "Thread-" + i).start();}}
}

优缺点：
- 优点：性能高、实现简单，支持分布式环境。
- 缺点：Redis集群模式下可能存在“脑裂”问题（主节点未同步到从节点时崩溃，导致锁失效）。

四、分布式锁的常见问题与解决方案

死锁问题：
- 原因：客户端获取锁后崩溃，未释放锁。
- 解决方案：设置锁的过期时间（如Redis的EXPIRE）。
误释放锁：
- 原因：客户端A获取的锁过期后，客户端B获取锁，此时客户端A恢复并释放锁，可能误释放B的锁。
- 解决方案：给锁添加唯一标识（如UUID），释放时验证标识（如Redis中的Lua脚本）。
Redis集群脑裂：
- 原因：主节点未将锁数据同步到从节点时崩溃，从节点升级为主节点后，旧主节点恢复可能导致锁冲突。
- 解决方案：使用Redlock算法（多Redis实例投票获取锁），或改用ZooKeeper实现。
锁过期时间设置：
- 原则：根据业务执行时间动态调整，避免任务未完成锁已过期。
- 优化方案：使用“看门狗”机制（后台线程自动延长锁过期时间，如Redisson客户端的实现）。