浅谈Java分布式架构下如何实现分布式锁

分布式锁通常用于“共享资源”中，以保证资源的互斥访问。在分布式环境中，由于节点的分散性和网络等因素，保证资源互斥访问变得复杂。因此，需要使用分布式锁实现分布式环境下的资源互斥访问。本篇文章主要介绍Java中如何实现分布式锁。

实现思路

常见的分布式锁实现方式有：ZooKeeper、Redis等。接下来以Redis为例，介绍分布式锁的实现思路：

1. 获取分布式锁

在Redis中，可以使用setnx命令来获取可重入锁。如果锁的键不存在，setnx命令会建立一个新的键值，并返回1，表示获取锁成功。如果键值已经存在，则返回0，表示获取锁失败。

1. 释放分布式锁

使用del命令删除锁的键值。

1. 锁超时处理

如果获取锁时发生宕机或长时间未释放锁，其他节点无法再次获取该锁。因此，需要对锁进行超时处理。在获取锁成功后，开启一个新的线程，定时续期，避免因锁超时导致锁失效。

实现示例

下面是示例代码，展示如何使用Java实现分布式锁：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class RedisLock {
    private final Jedis jedis;
    private final String lockKey;
    private final String lockValue;
    private final int expireTime;
    private boolean isLocked = false;

    public RedisLock(Jedis jedis, String lockKey, String lockValue, int expireTime) {
        this.jedis = jedis;
        this.lockKey = lockKey;
        this.lockValue = lockValue;
        this.expireTime = expireTime;
    }

    public synchronized boolean lock() {
        int timeout = expireTime * 1000;
        while (timeout > 0) {
            long result = jedis.setnx(lockKey, lockValue);
            // 如果返回1，表示获取锁成功
            if (result == 1) {
                jedis.expire(lockKey, expireTime);
                isLocked = true;
                return true;
            }
            // 如果锁被占用，则等待100毫秒重试
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
            timeout -= 100;
        }
        return false;
    }

    public synchronized boolean release() {
        if (isLocked) {
            jedis.del(lockKey);
            isLocked = false;
            return true;
        }
        return false;
    }
}

在代码中，RedisLock类封装了获取与释放锁的方法。在获取锁时，使用setnx命令判断锁的键值是否存在，不存在则建立新的键值，表示获取锁成功。在释放锁时，使用del命令删除锁的键值。在lock方法中使用while循环和Thread.sleep方法，避免在多个线程同时请求资源时，导致无法正确获取锁。

示例用法

下面示例代码展示如何使用RedisLock类实现资源互斥访问：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class Resource {
    private final Jedis jedis;

    public Resource(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public void execute() {
        RedisLock lock = new RedisLock(jedis, "resource_lock", "lock_001", 60);
        if (lock.lock()) {
            try {
                // 如果成功获取锁，则执行互斥代码段
                System.out.println("获得锁，执行代码段");
            } finally {
                // 执行完毕后释放锁
                lock.release();
            }
        } else {
            System.out.println("获取锁失败");
        }
    }
}

在代码中，首先创建一个Resource对象。在execute方法中，首先创建一个RedisLock对象，并调用lock方法获取锁。如果获取锁成功，则执行互斥代码段，在执行完毕后调用release方法释放锁。如果获取锁失败，则直接返回。

示例说明

假设有多个线程访问资源，使用以上实现方式可保证同时只有一个线程能够访问资源，其他线程需要等待。使用以下代码模拟线程访问资源的情况：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost");
        Resource resource = new Resource(jedis);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> resource.execute()).start();
        }
    }
}

在执行代码时，会有10个线程同时请求资源，但每次只有一个线程获得锁并执行代码段。

总结

本文介绍了Java中如何使用Redis实现分布式锁。通过以上方法，可以在分布式环境中保证资源互斥访问，从而确保整个系统的可用性。