介绍

在分布式系统中，为了保证数据的一致性和避免并发冲突，常常需要使用分布式锁来对共享资源进行保护。本文将介绍如何使用Java语言来实现分布式锁，并提供基于Redis和Zookeeper的两种实现方式。

Redis实现

什么是Redis

Redis是一个基于内存的高性能键值存储数据库，它支持多种数据结构，如字符串、哈希、列表、集合和有序集合。Redis具有高速读写、持久化、复制、事务、发布订阅和备份等功能，被广泛应用于分布式系统中。

Redis分布式锁实现思路

在Redis中，我们可以通过使用SETNX命令来实现分布式锁。SETNX命令可以在键不存在时，将键的值设置为指定的字符串。我们可以将锁的获取过程看作是尝试给指定的键设置值的过程，如果设置成功，则表示获取到了锁，否则表示锁已经被其他客户端获取。

分布式锁的实现步骤

1. 确定一个全局唯一的锁标识，作为Redis中的键。
2. 执行SETNX命令，将锁的标识作为键，当前时间戳作为值，设置给Redis。
3. 检查SETNX命令的返回值，如果返回1，则表示成功获取到了锁；如果返回0，则表示锁已经被其他客户端获取。
4. 如果成功获取到了锁，则可以执行需要保护的代码逻辑。
5. 当需要释放锁时，可以通过DEL命令将锁移除。

Redis分布式锁的代码示例

public class RedisDistributedLock {

    private RedisTemplate<String, String> redisTemplate;

    public RedisDistributedLock(RedisTemplate<String, String> redisTemplate) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    public boolean lock(String lockKey) {
        // 设置锁的过期时间，防止锁忘记释放
        long lockExpireTime = 5 * 1000;

        long startTime = System.currentTimeMillis();
        try {
            // 获取锁的时间戳
            String lockValue = String.valueOf(startTime);
            Boolean result = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, lockValue, lockExpireTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
            if (result != null && result) {
                return true;
            }
            // 未获取到锁，等待一段时间后重试
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }
  
    public void unlock(String lockKey) {
        redisTemplate.delete(lockKey);
    }
}

ZooKeeper实现

什么是ZooKeeper

ZooKeeper是一个高性能的分布式协调服务，它提供分布式锁、选举、配置管理和命名服务等功能。ZooKeeper将所有的数据保存在内存中，并通过可靠存储和复制机制确保数据的持久性和一致性。

Zookeeper分布式锁实现思路

在ZooKeeper中，我们可以使用节点的创建与删除来实现分布式锁。当多个客户端同时尝试创建同一个节点时，只有一个客户端能够成功创建节点，其余的客户端将会阻塞等待。当拥有锁的客户端操作完成后，会删除该节点，从而释放锁。

分布式锁的实现步骤

1. 创建一个持久节点，作为锁的父节点。
2. 执行create命令创建一个临时顺序节点，作为当前客户端的锁节点。
3. 获取该父节点的所有子节点，并按照节点名称的顺序进行排序。
4. 检查当前客户端的锁节点是否为子节点列表中的第一个节点，如果是，则表示获取到了锁，否则，则监听前一个顺序节点的删除事件，等待锁的释放。
5. 当需要释放锁时，删除该客户端的锁节点。

ZooKeeper分布式锁的代码示例

public class ZooKeeperDistributedLock {

    private ZooKeeper zkClient;
    private String lockPath;
    private String lockNode;
    private CountDownLatch countDownLatch;

    public ZooKeeperDistributedLock(String connectString, String lockPath) {
        this.lockPath = lockPath;
        try {
            zkClient = new ZooKeeper(connectString, 5000, event -> {
                if (event.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            });
            countDownLatch = new CountDownLatch(1);
            countDownLatch.await();
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public boolean lock() {
        try {
            // 创建锁节点
            lockNode = zkClient.create(lockPath + "/lock_", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
            List<String> nodes = zkClient.getChildren(lockPath, false);
            Collections.sort(nodes);
            String currentNode = lockNode.substring(lockNode.lastIndexOf("/") + 1);
            if (currentNode.equals(nodes.get(0))) {
                return true;
            }
            String prevNode = nodes.get(nodes.indexOf(currentNode) - 1);
            Stat stat = zkClient.exists(lockPath + "/" + prevNode, event -> {
                if (event.getType() == Watcher.Event.EventType.NodeDeleted) {
                    countDownLatch.countDown();
                }
            });
            if (stat != null) {
                countDownLatch.await();
                return true;
            }
        } catch (KeeperException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }

    public void unlock() {
        try {
            zkClient.delete(lockNode, -1);
            zkClient.close();
        } catch (KeeperException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

总结

本文介绍了使用Java语言实现分布式锁的方法，并提供了基于Redis和Zookeeper的两种实现方式。通过使用分布式锁，我们可以保证在分布式系统中共享资源的一致性和避免并发冲突。在选择具体的分布式锁实现方式时，可以根据具体的业务需求和系统环境进行选择。

本文来自极简博客，作者：云端之上，转载请注明原文链接：使用Java进行分布式锁的实现：基于Redis与Zookeeper