Java分布式锁之数据库实现
2024-10-18 23:32:04
之前的文章《Java分布式锁实现》中列举了分布式锁的3种实现方式，分别是基于数据库实现，基于缓存实现和基于zookeeper实现。三种实现方式各有可取之处，本篇文章就详细讲解一下Java分布式锁之基于数据库的实现方式，也是最简单最易理解的实现方式。
首先，先来阐述下“锁”的概念，锁作为一种安全防御工具，既能上锁防止别人打开，又能让持有钥匙的人打开锁，这是锁的基本功能。那再来说一下“分布式锁”，分布式锁是在分布式系统(多个独立运行系统)内的锁，相对来说，这把锁的安全级别以及作用范围更大，所以从设计上就要考虑更多东西。
现在来说，怎么基于数据库实现这把分布式锁。其实说白了就是，把锁作为数据资源存入数据库，当持有这把锁的访问者来决定是否开锁。
以下详细讲解了在多个应用服务里，怎样用数据库去实现分布式锁。
结合案例：
1.客户app取出交易（同一个客户在某一个时间点只能对某种资产做取现操作）
2.交易重试补偿（交易过程服务宕机，扫描重试补偿）
一、数据库的设计
数据库锁表的表结构如下：
| field | type | comment |
| ID | bigint | 主键 |
| OUTER_SERIAL_NO | varchar | 流水号 |
| CUST_NO | char | 客户号 |
| SOURCE_CODE | varchar | 锁操作 |
| THREAD_NO | varchar | 线程号 |
| STATUS | char | 锁状态 |
| REMARK | varchar | 备注 |
| CREATED_AT | timestamp | 创建时间 |
| UPDATED_AT | timestamp | 更新时间 |
作为锁的必要属性有5个：系统流水号，客户号，锁操作，线程号和锁状态，下面来解释一下每种属性
流水号：锁的具体指向，比如可以是产品，可以是交易流水号（后面会说到交易同步锁、交易补偿锁的使用方式）
客户号：客户的唯一标识
锁操作：客户的某种操作，比如客户取现操作，取现补偿重试操作
线程号：当前操作线程的线程号，比如取当前线程的uuid
锁状态：P处理中，F失败，Y成功
二、代码设计
代码的目录结构如下：
主要贴一下锁操作的核心代码实现：
锁接口定义：DbLockManager.java
/**
* 锁接口 <br>
*
* @Author fugaoyang
*
*/
public interface DbLockManager { /**
* 加锁
*/
boolean lock(String outerSerialNo, String custNo, LockSource source); /**
* 解锁
*/
void unLock(String outerSerialNo, String custNo, LockSource source, LockStatus targetStatus); }
锁接口实现类：DbLockManagerImpl.java
/**
*
* 数据库锁实现<br>
*
* @author fugaoyang
*
*/
@Service
public class DbLockManagerImpl implements DbLockManager { private final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(this.getClass()); @Autowired
private DbSyncLockMapper lockMapper; @Transactional
public boolean lock(String outerSerialNo, String custNo, LockSource source) { boolean isLock = false;
TradeSyncLock lock = null;
try {
lock = lockMapper.find(outerSerialNo, custNo, source.getCode()); if (null == lock) {
lock = new TradeSyncLock();
createLock(lock, outerSerialNo, custNo, source); int num = lockMapper.insert(lock);
if (num == 1) {
isLock = true;
} LOG.info(ThreadLogUtils.getLogPrefix() + "加入锁，客户号[{}]，锁类型[{}]", custNo, source.getCode());
return isLock;
} // 根据交易类型进行加锁
isLock = switchSynsLock(lock, source);
LOG.info(ThreadLogUtils.getLogPrefix() + "更新锁，客户号[{}]，锁类型[{}]", custNo, source.getCode()); } catch (Exception e) {
LOG.error(ThreadLogUtils.getLogPrefix() + "交易加锁异常, 客户号：" + custNo, e);
}
return isLock;
} @Transactional
public void unLock(String outerSerialNo, String custNo, LockSource source, LockStatus targetStatus) { try {
TradeSyncLock lock = lockMapper.find(outerSerialNo, custNo, source.getCode()); if (null != lock) {
lockMapper.update(lock.getId(), targetStatus.getName(), LockStatus.P.getName(),
ThreadLogUtils.getCurrThreadUuid(), ThreadLogUtils.getCurrThreadUuid());
} LOG.info(ThreadLogUtils.getLogPrefix() + "释放锁，客户号[{}]，锁类型[{}]", custNo, source.getCode());
} catch (Exception e) {
LOG.error(ThreadLogUtils.getLogPrefix() + "释放锁异常, 客户号：{}", custNo, e);
}
} /**
* 匹配加锁
*/
private boolean switchSynsLock(TradeSyncLock lock, LockSource source) {
boolean isLock = false; switch (source) {
case WITHDRAW:
;
isLock = tradeSynsLock(lock);
break;
case WITHDRAW_RETRY:
;
isLock = retrySynsLock(lock);
break;
default:
;
}
return isLock;
} /**
* 交易同步锁
*/
private boolean tradeSynsLock(TradeSyncLock lock) {
// 处理中的不加锁，即不执行交易操作
if (LockStatus.P.getName().equals(lock.getStatus())) {
return false;
} int num = lockMapper.update(lock.getId(), LockStatus.P.getName(), LockStatus.S.getName(),
ThreadLogUtils.getCurrThreadUuid(), null);
if (num == 1) {
return true;
}
return false;
} /**
* 补偿同步锁
*/
private boolean retrySynsLock(TradeSyncLock lock) {
// 处理中或处理完成的不加锁，即不执行补偿操作
if (LockStatus.P.getName().equals(lock.getStatus()) || LockStatus.S.getName().equals(lock.getStatus())) {
return false;
} int num = lockMapper.update(lock.getId(), LockStatus.P.getName(), LockStatus.F.getName(),
ThreadLogUtils.getCurrThreadUuid(), null);
if (num == 1) {
return true;
}
return false;
} private void createLock(TradeSyncLock lock, String outerSerialNo, String custNo, LockSource source) {
lock.setOuterSerialNo(outerSerialNo);
lock.setCustNo(custNo);
lock.setSourceCode(source.getCode());
lock.setThreadNo(ThreadLogUtils.getCurrThreadUuid());
lock.setStatus(LockStatus.P.getName());
lock.setRemark(source.getDesc());
} }
获取当前线程号以及打印uuid工具类ThreadLogUtils.Java
/**
*
* 线程处理<br>
*
* @author fugaoyang
*
*/
public class ThreadLogUtils { private static ThreadLogUtils instance = null; private ThreadLogUtils() {
setInstance(this);
} // 初始化标志
private static final Object __noop = new Object();
private static ThreadLocal<Object> __flag = new InheritableThreadLocal<Object>() {
@Override
protected Object initialValue() {
return null;
}
}; // 当前线程的UUID信息，主要用于打印日志；
private static ThreadLocal<String> currLogUuid = new InheritableThreadLocal<String>() {
@Override
protected String initialValue() {
return UUID.randomUUID().toString()/* .toUpperCase() */;
}
}; private static ThreadLocal<String> currThreadUuid = new ThreadLocal<String>() {
@Override
protected String initialValue() {
return UUIDGenerator.getUuid();
}
}; public static void clear(Boolean isNew) {
if (isNew) { currLogUuid.remove(); __flag.remove(); currThreadUuid.remove(); }
} public static String getCurrLogUuid() {
if (!isInitialized()) {
throw new IllegalStateException("TLS未初始化");
} return currLogUuid.get();
} public static String getCurrThreadUuid() {
return currThreadUuid.get();
} public static void clearCurrThreadUuid() {
currThreadUuid.remove();
} public static String getLogPrefix() {
if (!isInitialized()) {
return "";
} return "<uuid=" + getCurrLogUuid() + ">";
} private static boolean isInitialized() {
return __flag.get() != null;
} /**
* 初始化上下文，如果已经初始化则返回false，否则返回true<br/>
*
* @return
*/
public static boolean initialize() {
if (isInitialized()) {
return false;
} __flag.set(__noop);
return true;
} private static void setInstance(ThreadLogUtils instance) {
ThreadLogUtils.instance = instance;
} public static ThreadLogUtils getInstance() {
return instance;
} }
两种锁的实现的大致思路如下：
1.交易同步锁
当一个客户在app取现，第一次进入时，会插入一条当前线程，状态是P，操作是取现的锁，取现成功后根据当前线程号会更新成功；
当一个客户同时多个取现操作时，只有一个取现操作会加锁成功，其它会加锁失败；
当一个客户已经在取现中，这时数据库已经有一条状态P的锁，该客户同时又做了取现，这个取现动作会尝试加锁而退出；
2.交易重试补偿锁
1.当一个客户取现加锁成功，因调用第三方支付接口超时时，后台会对该笔交易重新发起重试打款操作，这时会新加一条当前交易流水号，当前线程号，状态是P，操作是取现重试的锁，重试的支付结果是成功的话，更新该条锁数据为Y状态，否则更新该条数据为F状态；
2.当重试支付失败后，再去重试打款时，发现锁的状态是F，这时把F更新为P，继续重试，根据重试结果更新锁状态。
上面实现的是一个最基本的数据库分布式锁，满足的并发量也是基于数据库所能扛得住的，性能基本可以满足普通的交易量。
后续可以优化的部分：
1.当一个用户同时多次获取lock时，因为目前是用的乐观锁，只会有一个加锁成功，可以优化成加入while(true)循环获取lock，当失败次数到达指定次数时退出，当前的操作结束。
2.当锁表数据量随着时间增大时，可以考虑按用户对锁表进行分表分库，以减小数据库方面的压力。
3.对锁的操作可以抽象出来，作为抽象实现，比如具体的取现操作只关心取现这个业务实现。
因为时间有限，写的比较仓促，希望大家有问题可以提出，相互探讨~~
完整示例代码后续会更新到github。
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