以前參加過一個庫存系統，由於其業務複雜性，搞了很多個應用來支撐。這樣的話一份庫存資料就有可能同時有多個應用來修改庫存資料。比如說，有定時任務域xx.cron，和SystemA域和SystemB域這幾個JAVA應用，可能同時修改同一份庫存資料。如果不做協調的話，就會有髒資料出現。對於跨JAVA程序的執行緒協調，可以藉助外部環境，例如DB或者Redis。下文介紹一下如何使用DB來實現分散式鎖。

設計

本文設計的分散式鎖的互動方式如下：1、根據業務欄位生成transaction_id，併線程安全的建立鎖資源2、根據transaction_id申請鎖3、釋放鎖

動態建立鎖資源

在使用synchronized

synchronized(obj){
...
}

程序內的執行緒可以基於obj來實現同步。obj在這裡可以理解為一個鎖物件。如果執行緒要進入synchronized程式碼塊裡，必須先持有obj物件上的鎖。這種鎖是JAVA裡面的內建鎖，建立的過程是執行緒安全的。那麼藉助DB，如何保證建立鎖的過程是執行緒安全的呢？可以利用DB中的UNIQUE KEY特性，一旦出現了重複的key，由於UNIQUE KEY的唯一性，會丟擲異常的。在JAVA裡面，是SQLIntegrityConstraintViolationException異常。

createtabledistributed_lock
(
idBIGINTUNSIGNEDPRIMARYKEYAUTO_INCREMENTCOMMENT'自增主鍵',
transaction_idvarchar(128)NOTNULLDEFAULT''COMMENT'事務id',
last_update_timeTIMESTAMPDEFAULTCURRENT_TIMESTAMPONUPDATECURRENT_TIMESTAMPNOTNULLCOMMENT'最後更新時間',
create_timeTIMESTAMPDEFAULT'0000-00-0000:00:00'NOTNULLCOMMENT'建立時間',
UNIQUEKEY`idx_transaction_id`(`transaction_id`)
)

transaction_id是事務Id，比如說，可以用

倉庫 + 條碼 + 銷售模式

來組裝一個transaction_id，表示某倉庫某銷售模式下的某個條碼資源。不同條碼，當然就有不同的transaction_id。如果有兩個應用，拿著相同的transaction_id來建立鎖資源的時候，只能有一個應用建立成功。

一條distributed_lock記錄插入成功了，就表示一份鎖資源建立成功了。

DB連線池列表設計

在寫操作頻繁的業務系統中，通常會進行分庫，以降低單資料庫寫入的壓力，並提高寫操作的吞吐量。如果使用了分庫，那麼業務資料自然也都分配到各個資料庫上了。在這種水平切分的多資料庫上使用DB分散式鎖，可以自定義一個DataSouce

packagedlock;

importcom.alibaba.druid.pool.DruidDataSource;
importorg.springframework.stereotype.Component;

importjavax.annotation.PostConstruct;
importjava.io.FileInputStream;
importjava.io.IOException;
importjava.sql.Connection;
importjava.util.ArrayList;
importjava.util.List;
importjava.util.Properties;

@Component
publicclassDataSourcePool{
privateList<DruidDataSource>dlockDataSources=newArrayList<>();

@PostConstruct
privatevoidinitDataSourceList()throwsIOException{
Propertiesproperties=newProperties();
FileInputStreamfis=newFileInputStream("db.properties");
properties.load(fis);

IntegerlockNum=Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_NUM"));
for(inti=0;i<lockNum;i++){
Stringuser=properties.getProperty("DLOCK_USER_"+i);
Stringpassword=properties.getProperty("DLOCK_PASS_"+i);
IntegerinitSize=Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_INIT_SIZE_"+i));
IntegermaxSize=Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_MAX_SIZE_"+i));
Stringurl=properties.getProperty("DLOCK_URL_"+i);

DruidDataSourcedataSource=createDataSource(user,password,initSize,maxSize,url);
dlockDataSources.add(dataSource);
}
}

privateDruidDataSourcecreateDataSource(Stringuser,Stringpassword,IntegerinitSize,IntegermaxSize,Stringurl){
DruidDataSourcedataSource=newDruidDataSource();
dataSource.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver");
dataSource.setUsername(user);
dataSource.setPassword(password);
dataSource.setUrl(url);
dataSource.setInitialSize(initSize);
dataSource.setMaxActive(maxSize);

returndataSource;
}

publicConnectiongetConnection(StringtransactionId)throwsException{
if(dlockDataSources.size()<=0){
returnnull;
}

if(transactionId==null||"".equals(transactionId)){
thrownewRuntimeException("transactionId是必須的");
}

inthascode=transactionId.hashCode();
if(hascode<0){
hascode=-hascode;
}

returndlockDataSources.get(hascode%dlockDataSources.size()).getConnection();
}
}

首先編寫一個initDataSourceList方法，並利用Spring的PostConstruct註解初始化一個DataSource列表。相關的DB配置從db.properties讀取。

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。接著最重要的一個實現getConnection(String transactionId)方法。實現原理很簡單，獲取transactionId的hashcode，並對DataSource的長度取模即可。連線池列表設計好後，就可以實現往distributed_lock表插入資料了。

packagedlock;

importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
importorg.springframework.stereotype.Component;

importjava.sql.*;

@Component
publicclassDistributedLock{

@Autowired
privateDataSourcePooldataSourcePool;

/**
*根據transactionId建立鎖資源
*/
publicStringcreateLock(StringtransactionId)throwsException{
if(transactionId==null){
thrownewRuntimeException("transactionId是必須的");
}
Connectionconnection=null;
Statementstatement=null;
try{
connection=dataSourcePool.getConnection(transactionId);
connection.setAutoCommit(false);
statement=connection.createStatement();
statement.executeUpdate("INSERTINTOdistributed_lock(transaction_id)VALUES('"+transactionId+"')");
connection.commit();
returntransactionId;
}
catch(SQLIntegrityConstraintViolationExceptionicv){
//說明已經生成過了。
if(connection!=null){
connection.rollback();
}
returntransactionId;
}
catch(Exceptione){
if(connection!=null){
connection.rollback();
}
throwe;
}
finally{
if(statement!=null){
statement.close();
}

if(connection!=null){
connection.close();
}
}
}
}

根據transactionId鎖住執行緒

接下來利用DB的select for update特性來鎖住執行緒。當多個執行緒根據相同的transactionId併發同時操作select for update的時候，只有二手手機號碼購買平臺地圖一個執行緒能成功，其他執行緒都block住，直到select for update成功的執行緒使用commit操作後，block住的所有執行緒的其中一個執行緒才能開始幹活。我們在上面的DistributedLock類中建立一個lock方法。

publicbooleanlock(StringtransactionId)throwsException{
Connectionconnection=null;
PreparedStatementpreparedStatement=null;
ResultSetresultSet=null;
try{
connection=dataSourcePool.getConnection(transactionId);
preparedStatement=connection.prepareStatement("SELECT*FROMdistributed_lockWHEREtransaction_id=?FORUPDATE");
preparedStatement.setString(1,transactionId);
resultSet=preparedStatement.executeQuery();
if(!resultSet.next()){
connection.rollback();
returnfalse;
}
returntrue;
}catch(Exceptione){
if(connection!=null){
connection.rollback();
}
throwe;
}
finally{
if(preparedStatement!=null){
preparedStatement.close();
}

if(resultSet!=null){
resultSet.close();
}

if(connection!=null){
connection.close();
}
}
}


實現解鎖操作

當執行緒執行完任務後，必須手動的執行解鎖操作，之前被鎖住的執行緒才能繼續幹活。在我們上面的實現中，其實就是獲取到當時select for update成功的執行緒對應的Connection，並實行commit操作即可。那麼如何獲取到呢？我們可以利用ThreadLocal。首先在DistributedLock類中定義

privateThreadLocal<Connection>threadLocalConn=newThreadLocal<>();

每次呼叫lock方法的時候，把Connection放置到ThreadLocal裡面。我們修改lock方法。

publicbooleanlock(StringtransactionId)throwsException{
Connectionconnection=null;
PreparedStatementpreparedStatement=null;
ResultSetresultSet=null;
try{
connection=dataSourcePool.getConnection(transactionId);
threadLocalConn.set(connection);
preparedStatement=connection.prepareStatement("SELECT*FROMdistributed_lockWHEREtransaction_id=?FORUPDATE");
preparedStatement.setString(1,transactionId);
resultSet=preparedStatement.executeQuery();
if(!resultSet.next()){
connection.rollback();
threadLocalConn.remove();
returnfalse;
}
returntrue;
}catch(Exceptione){
if(connection!=null){
connection.rollback();
threadLocalConn.remove();
}
throwe;
}
finally{
if(preparedStatement!=null){
preparedStatement.close();
}

if(resultSet!=null){
resultSet.close();
}

if(connection!=null){
connection.close();
}
}
}


這樣子，當獲取到Connection後，將其設定到ThreadLocal中，如果lock方法出現異常，則將其從ThreadLocal中移除掉。有了這幾步後，我們可以來實現解鎖操作了。我們在DistributedLock新增一個unlock方法。

publicvoidunlock()throwsException{
Connectionconnection=null;
try{
connection=threadLocalConn.get();
if(!connection.isClosed()){
connection.commit();
connection.close();
threadLocalConn.remove();
}
}catch(Exceptione){
if(connection!=null){
connection.rollback();
connection.close();
}
threadLocalConn.remove();
throwe;
}
}

缺點

畢竟是利用DB來實現分散式鎖，對DB還是造成一定的壓力。當時考慮使用DB做分散式的一個重要原因是，我們的應用是後端應用，平時流量不大的，反而關鍵的是要保證庫存資料的正確性。對於像前端庫存系統，比如新增購物車佔用庫存等操作，最好別使用DB來實現分散式鎖了。

進一步思考

如果想鎖住多份資料該怎麼實現？比如說，某個庫存操作，既要修改物理庫存，又要修改虛擬庫存，想鎖住物理庫存的同時，又鎖住虛擬庫存。其實也不是很難，參考lock方法，寫一個multiLock方法，提供多個transactionId的入參，for迴圈處理就可以了。
<END>