前言

之前的文章中通過電商場景中秒殺的例子和大家分享了單體架構(gòu)中鎖的使用方式，但是現(xiàn)在很多應(yīng)用系統(tǒng)都是相當(dāng)龐大的，很多應(yīng)用系統(tǒng)都是微服務(wù)的架構(gòu)體系，那么在這種跨jvm的場景下，我們又該如何去解決并發(fā)。

單體應(yīng)用鎖的局限性

在進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)之前簡單和大家粗略聊一下互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的架構(gòu)演進(jìn)。

在互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展之初，消耗資源比較小，用戶量也比較小，我們只部署一個(gè)Tomcat應(yīng)用就可以滿足需求。一個(gè)tomcat我們可以看做是一個(gè)jvm的進(jìn)程，當(dāng)大量的請求并發(fā)到達(dá)系統(tǒng)時(shí)，所有的請求都落在這唯一的一個(gè)tomcat上，如果某些請求方法是需要加鎖的，比如上篇文章中提及的秒殺扣減庫存的場景，是可以滿足需求的。但是隨著訪問量的增加，一個(gè)tomcat難以支撐，這時(shí)候我們就需要集群部署tomcat，使用多個(gè)tomcat支撐起系統(tǒng)。

在上圖中簡單演化之后，我們部署兩個(gè)Tomcat共同支撐系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)請求到達(dá)系統(tǒng)的時(shí)候，首先會(huì)經(jīng)過Nginx，由nginx作為負(fù)載均衡，它會(huì)根據(jù)自己的負(fù)載均衡配置策略將請求轉(zhuǎn)發(fā)到其中的一個(gè)tomcat上。當(dāng)大量的請求并發(fā)訪問的時(shí)候，兩個(gè)tomcat共同承擔(dān)所有的訪問量。這之后我們同樣進(jìn)行秒殺扣減庫存的時(shí)候，使用單體應(yīng)用鎖，還能滿足需求么？

之前我們所加的鎖是JDK提供的鎖，這種鎖在單個(gè)jvm下起作用，當(dāng)存在兩個(gè)或者多個(gè)的時(shí)候，大量并發(fā)請求分散到不同tomcat，在每個(gè)tomcat中都可以防止并發(fā)的產(chǎn)生，但是多個(gè)tomcat之間，每個(gè)Tomcat中獲得鎖這個(gè)請求，又產(chǎn)生了并發(fā)。從而扣減庫存的問題依舊存在。這就是單體應(yīng)用鎖的局限性。那我們?nèi)绻鉀Q這個(gè)問題呢？接下來就要和大家分享分布式鎖了。

分布式鎖

什么是分布式鎖？

那么什么是分布式鎖呢，在說分布式鎖之前我們看到單體應(yīng)用鎖的特點(diǎn)就是在一個(gè)jvm進(jìn)行有效，但是無法跨越j(luò)vm以及進(jìn)程。所以我們就可以下一個(gè)不那么官方的定義，分布式鎖就是可以跨越多個(gè)jvm，跨越多個(gè)進(jìn)程的鎖，像這樣的鎖就是分布式鎖。

設(shè)計(jì)思路

由于tomcat是JAVA啟動(dòng)的，所以每個(gè)tomcat可以看成一個(gè)jvm，jvm內(nèi)部的鎖無法跨越多個(gè)進(jìn)程。所以我們實(shí)現(xiàn)分布式鎖，只能在這些jvm外去尋找，通過其他的組件來實(shí)現(xiàn)分布式鎖。

上圖兩個(gè)tomcat通過第三方的組件實(shí)現(xiàn)跨jvm，跨進(jìn)程的分布式鎖。這就是分布式鎖的解決思路。

實(shí)現(xiàn)方式

那么目前有哪些第三方組件來實(shí)現(xiàn)呢？目前比較流行的有以下幾種：

數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖，但是高并發(fā)的情況下對數(shù)據(jù)庫的壓力比較大，所以很少使用。
redis，借助redis可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖，而且redis的java客戶端種類很多，所以使用方法也不盡相同。
Zookeeper，也可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖，同樣zk也有很多java客戶端，使用方法也不同。

針對上述實(shí)現(xiàn)方式，老貓還是通過具體的代碼例子來一一演示。

基于數(shù)據(jù)庫的分布式鎖

思路：基于數(shù)據(jù)庫悲觀鎖去實(shí)現(xiàn)分布式鎖，用的主要是select ... for update。select ... for update是為了在查詢的時(shí)候就對查詢到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了加鎖處理。當(dāng)用戶進(jìn)行這種行為操作的時(shí)候，其他線程是禁止對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行修改或者刪除操作，必須等待上個(gè)線程操作完畢釋放之后才能進(jìn)行操作，從而達(dá)到了鎖的效果。

實(shí)現(xiàn)：我們還是基于電商中超賣的例子和大家分享代碼。

咱們還是利用上次單體架構(gòu)中的超賣的例子和大家分享，針對上次的代碼進(jìn)行改造，我們新鍵一張表，叫做distribute_lock，這張表的目的主要是為了提供數(shù)據(jù)庫鎖，我們來看一下這張表的情況。

由于我們這邊模擬的是訂單超賣的場景，所以在上圖中我們有一條訂單的鎖數(shù)據(jù)。

我們將上一篇中的代碼改造一下抽取出一個(gè)controller然后通過postman去請求調(diào)用，當(dāng)然后臺是啟動(dòng)兩個(gè)jvm進(jìn)行操作，分別是8080端口以及8081端口。完成之后的代碼如下：

/**
 * @author [email protected]
 * @date 2021/1/3 10:48
 * @desc 公眾號“程序員老貓”
 */
@Service
@Slf4j
public class MySQLOrderService {
    @Resource
    private KdOrderMApper orderMapper;
    @Resource
    private KdOrderItemMapper orderItemMapper;
    @Resource
    private KdProductMapper productMapper;
    @Resource
    private DistributeLockMapper distributeLockMapper;
    //購買商品id
    private int purchaseProductId = 100100;
    //購買商品數(shù)量
    private int purchaseProductNum = 1;
    
    @Transactional(propagation = Propagation.REQUIRED)
    public  Integer createOrder() throws Exception{
        log.info("進(jìn)入了方法");
        DistributeLock lock = distributeLockMapper.selectDistributeLock("order");
        if(lock == null) throw new Exception("該業(yè)務(wù)分布式鎖未配置");
        log.info("拿到了鎖");
        //此處為了手動(dòng)演示并發(fā)，所以我們暫時(shí)在這里休眠1分鐘
        Thread.sleep(60000);

        KdProduct product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
        if (product==null){
            throw new Exception("購買商品："+purchaseProductId+"不存在");
        }
        //商品當(dāng)前庫存
        Integer currentCount = product.getCount();
        log.info(Thread.currentThread().getName()+"庫存數(shù)"+currentCount);
        //校驗(yàn)庫存
        if (purchaseProductNum > currentCount){
            throw new Exception("商品"+purchaseProductId+"僅剩"+currentCount+"件，無法購買");
        }

        //在數(shù)據(jù)庫中完成減量操作
        productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum,"kd",new Date(),product.getId());
        //生成訂單
        ...次數(shù)省略，源代碼可以到老貓的github下載：https://github.com/maoba/kd-distribute
        return order.getId();
    }
}

SQL的寫法如下：

select
   *
    from distribute_lock
    where business_code = #{business_code,jdbcType=VARCHAR}
    for update

以上為主要實(shí)現(xiàn)邏輯，關(guān)于代碼中的注意點(diǎn)：

createOrder方法必須要有事務(wù)，因?yàn)橹挥性谑聞?wù)存在的情況下才能觸發(fā)select for update的鎖。
代碼中必須要對當(dāng)前鎖的存在性進(jìn)行判斷，如果為空的情況下，會(huì)報(bào)異常

我們來看一下最終運(yùn)行的效果，先看一下console日志，

8080的console日志情況：

11:49:41  INFO 16360 --- [nio-8080-exec-2] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 進(jìn)入了方法
11:49:41  INFO 16360 --- [nio-8080-exec-2] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 拿到了鎖

8081的console日志情況：

11:49:48  INFO 17640 --- [nio-8081-exec-2] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 進(jìn)入了方法

通過日志情況，兩個(gè)不同的jvm，由于第一個(gè)到8080的請求優(yōu)先拿到了鎖，所以8081的請求就處于等待鎖釋放才會(huì)去執(zhí)行，這說明我們的分布式鎖生效了。

再看一下完整執(zhí)行之后的日志情況：

8080的請求：

11:58:01  INFO 15380 --- [nio-8080-exec-1] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 進(jìn)入了方法
11:58:01  INFO 15380 --- [nio-8080-exec-1] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 拿到了鎖
11:58:07  INFO 15380 --- [nio-8080-exec-1] c.k.d.service.MySQLOrderService          : http-nio-8080-exec-1庫存數(shù)1

8081的請求：

11:58:03  INFO 16276 --- [nio-8081-exec-1] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 進(jìn)入了方法
11:58:08  INFO 16276 --- [nio-8081-exec-1] c.k.d.service.MySQLOrderService          : 拿到了鎖
11:58:14  INFO 16276 --- [nio-8081-exec-1] c.k.d.service.MySQLOrderService          : http-nio-8081-exec-1庫存數(shù)0
11:58:14 ERROR 16276 --- [nio-8081-exec-1] o.a.c.c.C.[.[.[/].[dispatcherServlet]    : Servlet.service() for servlet [dispatcherServlet] in context with path [] threw exception [Request processing failed; nested exception is java.lang.Exception: 商品100100僅剩0件，無法購買] with root cause

java.lang.Exception: 商品100100僅剩0件，無法購買
	at com.kd.distribute.service.MySQLOrderService.createOrder(MySQLOrderService.java:61) ~[classes/:na]

很明顯第二個(gè)請求由于沒有庫存，導(dǎo)致最終購買失敗的情況，當(dāng)然這個(gè)場景也是符合我們正常的業(yè)務(wù)場景的。最終我們數(shù)據(jù)庫的情況是這樣的：