分布式锁三种实现方式及对比图

分布式锁是一种在分布式系统中实现数据一致性的机制，它可以确保多个节点在同一时刻只有一个节点能够对共享资源进行操作，本文将介绍三种常见的分布式锁实现方式，并进行对比分析。

1、基于数据库的分布式锁

基于数据库的分布式锁是最常见的一种实现方式，主要是通过在数据库中创建一个表，然后利用数据库的事务特性来实现锁的功能，具体实现步骤如下：

1、1 创建一个表，包含以下几个字段：id（主键）、lock_name（锁名称）、lock_time（锁时间）、lock_expire（锁过期时间）。

1、2 当需要获取锁时，先查询表中是否存在相同名称的锁，如果不存在，则插入一条新的记录；如果存在，则检查锁是否已经过期，如果过期，则删除该记录，然后重新执行步骤1.2；如果没有过期，则等待一段时间后重试。

1、3 当需要释放锁时，删除表中与当前线程对应的锁记录。

基于数据库的分布式锁实现简单，但是存在以下缺点：

数据库性能瓶颈：由于锁的获取和释放都需要访问数据库，当并发量较大时，会对数据库造成较大的压力。

死锁问题：当多个线程同时竞争同一个锁时，可能会出现死锁的情况。

2、基于Redis的分布式锁

基于Redis的分布式锁是通过Redis的命令SETNX（SET if Not eXists）来实现的，具体实现步骤如下：

2、1 调用Redis的SETNX命令，设置一个键值对，其中键为锁名称，值为线程ID，如果设置成功，表示当前线程获取到了锁；如果设置失败，表示其他线程已经持有了该锁。

2、2 当需要释放锁时，调用Redis的DEL命令，删除对应的键值对。

基于Redis的分布式锁具有以下优点：

性能高：Redis是基于内存的存储系统，读写速度非常快，能够满足高并发场景的需求。

可重入性：基于Redis的分布式锁支持可重入，即一个线程可以多次获取同一把锁。

基于Redis的分布式锁也存在以下缺点：

非原子性：Redis的命令是单线程执行的，因此在执行SETNX和DEL命令之间可能会发生其他线程修改锁的状态，导致数据不一致的问题。

持久化问题：Redis的持久化策略会影响锁的可靠性，如果不开启持久化，那么在Redis重启后，锁的状态会丢失；如果开启持久化，那么在主从复制过程中，锁的状态可能会出现不一致的情况。

3、基于Zookeeper的分布式锁

基于Zookeeper的分布式锁是通过Zookeeper的顺序临时节点来实现的，具体实现步骤如下：

3、1 在Zookeeper中创建一个顺序临时节点，节点名为锁名称，节点序号为线程ID，当创建成功时，表示当前线程获取到了锁；如果创建失败，表示其他线程已经持有了该锁。

3、2 当需要释放锁时，删除对应的顺序临时节点，注意，这里只需要删除序号最小的节点即可，因为Zookeeper会自动处理其他节点。

基于Zookeeper的分布式锁具有以下优点：

可靠性高：Zookeeper是一个成熟的分布式协调服务，具有高可靠性和强一致性。

可重入性：基于Zookeeper的分布式锁同样支持可重入。

基于Zookeeper的分布式锁也存在以下缺点：

性能较差：Zookeeper的操作相对复杂，性能较低，不适用于高并发场景。

依赖外部服务：使用Zookeeper需要引入额外的依赖，增加了系统的复杂度。

三种分布式锁实现方式各有优缺点，具体选择哪种方式需要根据实际业务场景和需求来决定，下面是一个相关问题与解答的栏目：

问题1：在高并发场景下，哪种分布式锁实现方式性能最好？

答案：在高并发场景下，基于Redis的分布式锁性能最好，因为Redis是基于内存的存储系统，读写速度非常快。

问题2：如何避免基于数据库的分布式锁导致的死锁问题？

答案：可以通过设置锁的过期时间来避免死锁问题，当一个线程长时间无法获取到锁时，可以主动释放已经持有的锁，让其他线程有机会获取到锁。

问题3：基于Zookeeper的分布式锁为什么不适用于高并发场景？

答案：基于Zookeeper的分布式锁不适用于高并发场景的原因是因为Zookeeper的操作相对复杂，性能较低，在高并发场景下，大量线程同时创建、删除顺序临时节点会导致Zookeeper的性能下降。

问题4：如何确保基于Redis的分布式锁的原子性？

答案：可以通过使用Redis的命令WATCH来实现原子性操作，在执行SETNX和DEL命令之前，先使用WATCH命令监视指定的键，如果在执行这两个命令的过程中有其他线程修改了键的值，那么WATCH命令会返回false，表示操作失败，需要重新执行整个操作过程。