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如何用MySQL实现分布式锁

概述

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。

设计

本文设计的分布式锁的交互方式如下:

  • 根据业务字段生成transaction_id,并线程安全的创建锁资源
  • 根据transaction_id申请锁
  • 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 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 

    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 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。这个后续有时间再补上。

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