分布式锁的实现

在分布式环境中，经常遇到多台机器上的多个进程对同一数据的操作，如果这些进程不做互斥处理的话，往往会出现不符合预期的错误，比如商品超卖、红包超发、账号多扣款等。

多台机器上的进程的互斥，可以通过锁来达成。接下来我们介绍几种分布式锁的实现方式。

方式一、Redis setnx

这是比较常见的一种简单实现方式

我们先来看一下Redis setnx的文档介绍：

SETNX key value

将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。

若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。

SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写。

可用版本：
>= 1.0.0
时间复杂度：
O(1)
返回值：
设置成功，返回 1 。
设置失败，返回 0 。

带过期时间的分布式锁实现：

<?php
class DistributeLock {
	private $redis;
	
	public function __construct() {
		$this->redis = new Redis(); 
   		$this->redis->connect('127.0.0.1', 6379); 
   }
   
   /**
   	 * @param $key string 锁的key
   	 * @param $expire int 锁定的时长，单位秒
   	 * @return bool true：锁定成功；false：锁定失败
   	 */
	function lock($key, $expire) {
		try {
			if ($this->redis->setnx($key, 1) {
				$this->redis->expire($key, $expire);
				return true;
			}
		} catch (Exception $e) {
			$this->redis->del($key);
		}
		return false;
	}
	
	function unlock($key) {
		$this->redis->del($key);
	}
}

看似没问题，想一下这种情况，setnx成功之后，expire操作执行失败了，进程crash，则该key设置的锁永远得不到释放。

这种实现方式的问题在于，setnx与expire操作不是原子操作，存在单点故障时锁无法释放的问题。

方式二、RedLock

这是redis之父antirez提出的分布式锁实现方式。

Redlock获取锁的过程。

1. 获取开始时间
2. 去各个节点获取锁
3. 再次获取时间。
4. 计算获取锁的时间，检查获取锁的时间是否小于获取锁的时间。
5. 持有锁。

antirez版redlock-rb

PHP版redlock-php

Redlock获取锁的过程。

向各个节点发送del命令，删除锁。

存在的问题

依赖于分布式机器时钟的同步。

这个问题曾引起分布式专家martin与Redis之父Antirez之间的论战。参见参考文档。

Martin 对 RedLock的指控：

1
2
3

1. 分布式的锁具有一个自动释放的功能。锁的互斥性，只在过期时间之内有效，锁过期释放以后就会造成多个Client 持有锁。

2. RedLock 整个系统是建立在，一个在实际系统无法保证的系统模型上的。在这个例子中就是系统假设时间是同步且可信的。

Martin对锁的改进，增加了token，实际是利用了CAS的乐观锁实现：

最后，martin推荐Zookeeper实现分布式锁。

Antirez的回应：

首先在实际的系统中，从两个方面来看：

1. 系统暂停，网络延迟。
2. 系统的时间发生阶跃。
对于第一个问题。上文已经提到了，RedLock做了一些微小的工作，但是没办法完全避免。其他带有自动释放的分布式锁也没有办法。

第二个问题，Martin认为系统时间的阶跃主要来自两个方面：

1. 人为修改。
2. 从NTP服务收到了一个跳跃时时钟更新。

对于人为修改，能说啥呢？人要搞破坏没办法避免。

NTP受到一个阶跃时钟更新，对于这个问题，需要通过运维来保证。需要将阶跃的时间更新到服务器的时候，应当采取小步快跑的方式。多次修改，每次更新时间尽量小。

方式三、基于ZooKeeper实现

原理分析：

1. 锁即Zookeeper上的一个节点
2. 客户端A发起一个加锁请求，先会在你要加锁的node下搞一个临时顺序节点。
3. 如果创建的几点序号是1，则获得锁
4. 序号不是1，则监听上一个序号释放锁。
5. 释放锁即删除临时节点。

初始状态：

获取锁的流程

方式一、Redis setnx

方式二、RedLock

存在的问题

方式三、基于ZooKeeper实现

参考文献