Zookeeper和Redis分别实现分布式锁的原理

作者：2023面试高手 | 2024-04-24 00:55:11

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分布式锁的概述

分布式锁是一种在分布式系统中用来同步多个进程对共享资源访问的机制。它可以保证在同一时刻，只有一个进程能够获取锁并访问共享资源，从而避免并发冲突。

1. 锁节点的创建

在ZooKeeper中，分布式锁的实现通常是基于临时顺序节点（Ephemeral Sequential Nodes）。客户端会在一个指定的锁目录下创建一个临时顺序节点。

2. 节点的监听与竞争

每个客户端会检查自己创建的节点是否是目录下序号最小的节点。如果是，它获得锁；如果不是，它就找到比自己序号小的那个节点，并在该节点上设置监听（watch），等待这个节点被删除。

3. 锁的释放

获得锁的客户端在完成任务后会删除它创建的节点。这将触发监听该节点的下一个客户端的回调函数，后者随即检查自己是否获得了锁。

4. 会话保持与锁释放

如果客户端在持有锁的期间失去了与ZooKeeper的连接，那么它创建的临时节点会被自动删除，锁会被释放，这保证了锁总是可用的。

1. 锁的设置

Redis的分布式锁通常是使用SETNX或SET命令（带NX标志）来实现的。这些命令可以保证只有在键不存在时才设置键值，从而实现锁的功能。

2. 过期时间的设置

为了防止客户端在获得锁后因故障未能释放锁，导致死锁，Redis的锁通常会设置一个过期时间（TTL）。这可以通过EXPIRE命令或者SET命令的EX选项来实现。

3. 锁的安全性增强

为了避免锁过期时间内任务未完成的情况，客户端需要定期检查并续期锁（重新设置过期时间）。客户端在释放锁时，需要确保是自己设置的锁才进行删除，这通常通过在设置锁时使用一个唯一的锁标识符，释放时检查标识符来实现。

4. 原子性操作

Redis从2.6.12版本开始，SET命令支持NX和EX选项，可以原子性地设置键值和过期时间，从而简化了锁的实现。

1. Apache Curator

Apache Curator是一个ZooKeeper的客户端库，它提供了一组高级API，简化了ZooKeeper的使用。Curator中的InterProcessMutex是一个分布式锁的实现，提供了类似Java ReentrantLock 的方法。

1. Redission

Redission是一个Java的Redis客户端，它提供了丰富的分布式Java对象，包括分布式锁RLock。Redission的RLock实现了java.util.concurrent.locks.Lock接口，提供了丰富的锁操作功能，并且支持自动续期。

2. Jedis

Jedis是Redis的Java客户端之一，虽然它自身不提供分布式锁的封装，但是可以通过使用setnx和expire命令的组合来实现分布式锁。

ZooKeeper的锁实现依赖于ZooKeeper的强一致性保证，锁的状态存储在ZooKeeper的节点中。
Redis的锁实现则依赖于Redis的原子操作和键的过期机制。Redis的性能通常更高，但由于Redis是基于最终一致性，可能在某些极端情况下不如ZooKeeper的锁机制健壮。

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