我想进大厂之分布式锁夺命连环9问大理版人在囧途

　　开个头，这是篇技术文章，但是昨天一天太恶心了，忍不住还是简单说下昨天的事情。
　　昨天早上11点飞大理，结果9点钟要出门的时候发现密码锁坏了，不用密码都能打开，一边司机师傅在催着走，一边连忙打电话给房东和客服找人维修，这是第一。
　　然后飞机晚点，11点20飞到4点钟才要落地，下降的过程那叫一个颠簸，我以为都要没了，这也是第一次晕飞机，简直快吐了，这是第二。
　　然后快4点了，飞机总算快要降落了，轮子都快着地了，结果愣是拔起来又起飞了，最后知道是大理8级大风，机长不敢落地…这是第三。
　　最后通知起飞不知道什么时候，要等大理那边通知，没有办法，我们只好下飞机转高铁，急急忙忙的一路转，总算赶上了最后7点前的高铁，否则就要等到9点以后了，最后一路周转，9点多总算到了酒店，好在酒店还算行，没有让我太过于失望。
　　这一天搞下来，整个一人在囧途，太累了。好吧，废话就这么多，文章开始。 说说分布式锁吧？
　　对于一个单机的系统，我们可以通过synchronized或者ReentrantLock等这些常规的加锁方式来实现，然而对于一个分布式集群的系统而言，单纯的本地锁已经无法解决问题，所以就需要用到分布式锁了，通常我们都会引入三方组件或者服务来解决这个问题，比如数据库、Redis、Zookeeper等。
　　通常来说，分布式锁要保证互斥性、不死锁、可重入等特点。
　　互斥性指的是对于同一个资源，任意时刻，都只有一个客户端能持有锁。
　　不死锁指的是必须要有锁超时这种机制，保证在出现问题的时候释放锁，不会出现死锁的问题。
　　可重入指的是对于同一个线程，可以多次重复加锁。 那你分别说说使用数据库、Redis和Zookeeper的实现原理？
　　数据库的话可以使用乐观锁或者悲观锁的实现方式。
　　乐观锁通常就是数据库中我们会有一个版本号，更新数据的时候通过版本号来更新，这样的话效率会比较高，悲观锁则是通过for update 的方式，但是会带来很多问题，因为他是一个行级锁，高并发的情况下可能会导致死锁、客户端连接超时等问题，一般不推荐使用这种方式。
　　Redis是通过set 命令来实现，在2.6.2 版本之前，实现方式可能是这样：
　　setNX 命令代表当key 不存在时返回成功，否则返回失败。
　　但是这种实现方式把加锁和设置过期时间的步骤分成两步，他们并不是原子操作，如果加锁成功之后程序崩溃、服务宕机等异常情况，导致没有设置过期时间，那么就会导致死锁的问题，其他线程永远都无法获取这个锁。
　　之后的版本中，Redis提供了原生的set 命令，相当于两命令合二为一，不存在原子性的问题，当然也可以通过lua脚本来解决。
　　set 命令如下格式：
　　key 为分布式锁的key
　　value 为分布式锁的值，一般为不同的客户端设置不同的值
　　NX 代表如果要设置的key存在返回成功，否则返回失败
　　EX 代表过期时间为秒，PX则为毫秒，比如上面示例中为10秒过期
　　Zookeeper是通过创建临时顺序节点的方式来实现。
　　当需要对资源进行加锁时，实际上就是在父节点之下创建一个临时顺序节点。客户端A来对资源加锁，首先判断当前创建的节点是否为最小节点，如果是，那么加锁成功，后续加锁线程阻塞等待此时，客户端B也来尝试加锁，由于客户端A已经加锁成功，所以客户端B发现自己的节点并不是最小节点，就会去取到上一个节点，并且对上一节点注册监听当客户端A操作完成，释放锁的操作就是删除这个节点，这样就可以触发监听事件，客户端B就会得到通知，同样，客户端B判断自己是否为最小节点，如果是，那么则加锁成功你说改为set命令之后就解决了问题？那么还会不会有其他的问题呢？
　　虽然set 解决了原子性的问题，但是还是会存在两个问题。
　　锁超时问题
　　比如客户端A加锁同时设置超时时间是3秒，结果3s之后程序逻辑还没有执行完成，锁已经释放。客户端B此时也来尝试加锁，那么客户端B也会加锁成功。
　　这样的话，就导致了并发的问题，如果代码幂等性没有处理好，就会导致问题产生。
　　锁误删除
　　还是类似的问题，客户端A加锁同时设置超时时间3秒，结果3s之后程序逻辑还没有执行完成，锁已经释放。客户端B此时也来尝试加锁，这时客户端A代码执行完成，执行释放锁，结果释放了客户端B的锁。
　　那上面两个问题你有什么好的解决方案吗？
　　锁超时
　　这个有两个解决方案。 针对锁超时的问题，我们可以根据平时业务执行时间做大致的评估，然后根据评估的时间设置一个较为合理的超时时间，这样能一大部分程度上避免问题。自动续租，通过其他的线程为将要过期的锁延长持有时间
　　锁误删除
　　每个客户端的锁只能自己解锁，一般我们可以在使用set 命令的时候生成随机的value，解锁使用lua脚本判断当前锁是否自己持有的，是自己的锁才能释放。 #加锁 SET key random_value NX EX 10 #解锁 if redis.call(＂get＂,KEYS[1]) == ARGV[1] then     return redis.call(＂del＂,KEYS[1]) else     return 0 end 了解RedLock算法吗？
　　因为在Redis的主从架构下，主从同步是异步的，如果在Master节点加锁成功后，指令还没有同步到Slave节点，此时Master挂掉，Slave被提升为Master，新的Master上并没有锁的数据，其他的客户端仍然可以加锁成功。
　　对于这种问题，Redis作者提出了RedLock红锁的概念。
　　RedLock的理念下需要至少2个Master节点，多个Master节点之间完全互相独立，彼此之间不存在主从同步和数据复制。
　　主要步骤如下： 获取当前Unix时间按照顺序依次尝试从多个节点锁，如果获取锁的时间小于超时时间，并且超过半数的节点获取成功，那么加锁成功。这样做的目的就是为了避免某些节点已经宕机的情况下，客户端还在一直等待响应结果。举个例子，假设现在有5个节点，过期时间=100ms，第一个节点获取锁花费10ms，第二个节点花费20ms，第三个节点花费30ms，那么最后锁的过期时间就是100-(10+20+30)，这样就是加锁成功，反之如果最后时间<0，那么加锁失败如果加锁失败，那么要释放所有节点上的锁那么RedLock有什么问题吗？
　　其实RedLock存在不少问题，所以现在其实一般不推荐使用这种方式，而是推荐使用Redission的方案，他的问题主要如下几点。
　　性能、资源
　　因为需要对多个节点分别加锁和解锁，而一般分布式锁的应用场景都是在高并发的情况下，所以耗时较长，对性能有一定的影响。此外因为需要多个节点，使用的资源也比较多，简单来说就是费钱。
　　节点崩溃重启
　　比如有1~5号五个节点，并且没有开启持久化，客户端A在1，2，3号节点加锁成功，此时3号节点崩溃宕机后发生重启，就丢失了加锁信息，客户端B在3，4，5号节点加锁成功。
　　那么，两个客户端AB同时获取到了同一个锁，问题产生了，怎么解决？ Redis作者建议的方式就是延时重启，比如3号节点宕机之后不要立刻重启，而是等待一段时间后再重启，这个时间必须大于锁的有效时间，也就是锁失效后再重启，这种人为干预的措施真正实施起来就比较困难了第二个方案那么就是开启持久化，但是这样对性能又造成了影响。比如如果开启AOF默认每秒一次刷盘，那么最多丢失一秒的数据，如果想完全不丢失的话就对性能造成较大的影响。
　　GC、网络延迟
　　对于RedLock，Martin Kleppmann提出了很多质疑，我就只举这样一个GC或者网络导致的例子。（这个问题比较多，我就不一一举例了，心里有一个概念就行了，文章地址：https://martin.kleppmann.com/2016/02/08/how-to-do-distributed-locking.html ）
　　从图中我们可以看出，client1线获取到锁，然后发生GC停顿，超过了锁的有效时间导致锁被释放，然后锁被client2拿到，然后两个客户端同时拿到锁在写数据，问题产生。
　　图片来自Martin Kleppmann
　　时钟跳跃
　　同样的例子，假设发生网络分区，4、5号节点变为一个独立的子网，3号节点发生始终跳跃（不管人为操作还是同步导致）导致锁过期，这时候另外的客户端就可以从3、4、5号节点加锁成功，问题又发生了。 那你说说有什么好的解决方案吗？
　　上面也提到了，其实比较好的方式是使用Redission ，它是一个开源的Java版本的Redis客户端，无论单机、哨兵、集群环境都能支持，另外还很好地解决了锁超时、公平非公平锁、可重入等问题，也实现了RedLock ，同时也是官方推荐的客户端版本。 那么Redission实现原理呢？
　　加锁、可重入
　　首先，加锁和解锁都是通过lua脚本去实现的，这样做的好处是为了兼容老版本的redis同时保证原子性。
　　KEYS[1] 为锁的key，ARGV[2] 为锁的value，格式为uuid+线程ID，ARGV[1] 为过期时间。
　　主要的加锁逻辑也比较容易看懂，如果key 不存在，通过hash的方式保存，同时设置过期时间，反之如果存在就是+1。
　　对应的就是hincrby＂, KEYS[1], ARGV[2], 1 这段命令，对hash结构的锁重入次数+1。
　　解锁 如果key都不存在了，那么就直接返回如果key、field不匹配，那么说明不是自己的锁，不能释放，返回空释放锁，重入次数-1，如果还大于0那么久刷新过期时间，反之那么久删除锁
　　watchdog
　　也叫做看门狗，也就是解决了锁超时导致的问题，实际上就是一个后台线程，默认每隔10秒自动延长锁的过期时间。
　　默认的时间就是internalLockLeaseTime / 3 ，internalLockLeaseTime 默认为30秒。
　　最后，实际生产中对于不同的场景该如何选择？
　　首先，如果对于并发不高并且比较简单的场景，通过数据库乐观锁或者唯一主键的形式就能解决大部分的问题。
　　然后，对于Redis实现的分布式锁来说性能高，自己去实现的话比较麻烦，要解决锁续租、lua脚本、可重入等一系列复杂的问题。
　　对于单机模式而言，存在单点问题。
　　对于主从架构或者哨兵模式，故障转移会发生锁丢失的问题，因此产生了红锁，但是红锁的问题也比较多，并不推荐使用，推荐的使用方式是用Redission。
　　但是，不管选择哪种方式，本身对于Redis来说不是强一致性的，某些极端场景下还是可能会存在问题。
　　对于Zookeeper的实现方式而言，本身就是保证数据一致性的，可靠性更高，所以不存在Redis的各种故障转移带来的问题，自己实现也比较简单，但是性能相比Redis稍差。
　　不过，实际中我们当然是有啥用啥，老板说用什么就用什么，我才不管那么多。
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