SpringBoot基于数据库实现简单的分布式锁

本文介绍SpringBoot基于数据库实现简单的分布式锁。

1.简介

分布式锁的方式有很多种，通常方案有：

  • 基于mysql数据库
  • 基于redis
  • 基于ZooKeeper

网上的实现方式有很多，本文主要介绍的是如果使用mysql实现简单的分布式锁，加锁流程如下图：

1.png

其实大致思想如下：

  • 1.根据一个值来获取锁（也就是我这里的tag），如果当前不存在锁，那么在数据库插入一条记录，然后进行处理业务，当结束，释放锁（删除锁）。
  • 2.如果存在锁，判断锁是否过期，如果过期则更新锁的有效期，然后继续处理业务，当结束时，释放锁。如果没有过期，那么获取锁失败，退出。

2.数据库设计

2.1 数据表介绍

数据库表是由JPA自动生成的，稍后会对实体进行介绍，内容如下：

CREATE TABLE `lock_info` (
  `id` bigint(20) NOT NULL,
  `expiration_time` datetime NOT NULL,
  `status` int(11) NOT NULL,
  `tag` varchar(255) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uk_tag` (`tag`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

其中：

  • id：主键
  • tag：锁的标示，以订单为例，可以锁订单id
  • expiration_time：过期时间
  • status：锁状态，0，未锁，1，已经上锁

3.实现

本文使用SpringBoot 2.0.3.RELEASE，MySQL 8.0.16，ORM层使用的JPA。

3.1 pom

新建项目，在项目中加入jpa和mysql依赖，完整内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.0.3.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.dalaoyang</groupId>
    <artifactId>springboot2_distributed_lock_mysql</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>springboot2_distributed_lock_mysql</name>
    <description>springboot2_distributed_lock_mysql</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <scope>runtime</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.16.22</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

3.2 配置文件

配置文件配置了一下数据库信息和jpa的基本配置，如下：

server.port=20001


##数据库配置
##数据库地址
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/lock?characterEncoding=utf8&useSSL=false
##数据库用户名
spring.datasource.username=root
##数据库密码
spring.datasource.password=12345678
##数据库驱动
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver


##validate  加载hibernate时，验证创建数据库表结构
##create   每次加载hibernate，重新创建数据库表结构，这就是导致数据库表数据丢失的原因。
##create-drop        加载hibernate时创建，退出是删除表结构
##update                 加载hibernate自动更新数据库结构
##validate 启动时验证表的结构，不会创建表
##none  启动时不做任何操作
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update

##控制台打印sql
spring.jpa.show-sql=true
##设置innodb
spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.MySQL5InnoDBDialect

3.3 实体类

实体类如下，这里给tag字段设置了唯一索引，防止重复插入相同的数据：

package com.dalaoyang.entity;


import lombok.Data;
import javax.persistence.*;
import java.util.Date;

@Data
@Entity
@Table(name = "LockInfo",
        uniqueConstraints={@UniqueConstraint(columnNames={"tag"},name = "uk_tag")})
public class Lock {

    public final static Integer LOCKED_STATUS = 1;
    public final static Integer UNLOCKED_STATUS = 0;

    /**
     * 主键id
     */
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
    private Long id;

    /**
     * 锁的标示，以订单为例，可以锁订单id
     */
    @Column(nullable = false)
    private String tag;

    /**
     * 过期时间
     */
    @Column(nullable = false)
    private Date expirationTime;

    /**
     * 锁状态，0，未锁，1，已经上锁
     */
    @Column(nullable = false)
    private Integer status;

    public Lock(String tag, Date expirationTime, Integer status) {
        this.tag = tag;
        this.expirationTime = expirationTime;
        this.status = status;
    }

    public Lock() {
    }
}

3.4 repository

repository层只添加了两个简单的方法，根据tag查找锁和根据tag删除锁的操作，内容如下：

package com.dalaoyang.repository;

import com.dalaoyang.entity.Lock;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;


public interface LockRepository extends JpaRepository<Lock, Long> {

    Lock findByTag(String tag);

    void deleteByTag(String tag);
}

3.5 service

service接口定义了两个方法，获取锁和释放锁，内容如下：

package com.dalaoyang.service;


public interface LockService {

    /**
     * 尝试获取锁
     * @param tag 锁的键
     * @param expiredSeconds 锁的过期时间（单位：秒），默认10s
     * @return
     */
    boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds);

    /**
     * 释放锁
     * @param tag 锁的键
     */
    void unlock(String tag);
}

实现类对上面方法进行了实现，其内容与上述流程图中一致，这里不在做介绍，完整内容如下：

package com.dalaoyang.service.impl;

import com.dalaoyang.entity.Lock;
import com.dalaoyang.repository.LockRepository;
import com.dalaoyang.service.LockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Propagation;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import org.springframework.util.StringUtils;

import java.util.Calendar;
import java.util.Date;
import java.util.Objects;


@Service
public class LockServiceImpl implements LockService {

    private final Integer DEFAULT_EXPIRED_SECONDS = 10;

    @Autowired
    private LockRepository lockRepository;

    @Override
    @Transactional(rollbackFor = Throwable.class)
    public boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds) {
        if (StringUtils.isEmpty(tag)) {
            throw new NullPointerException();
        }
        Lock lock = lockRepository.findByTag(tag);
        if (Objects.isNull(lock)) {
            lockRepository.save(new Lock(tag, this.addSeconds(new Date(), expiredSeconds), Lock.LOCKED_STATUS));
            return true;
        } else {
            Date expiredTime = lock.getExpirationTime();
            Date now = new Date();
            if (expiredTime.before(now)) {
                lock.setExpirationTime(this.addSeconds(now, expiredSeconds));
                lockRepository.save(lock);
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    @Override
    @Transactional(rollbackFor = Throwable.class)
    public void unlock(String tag) {
        if (StringUtils.isEmpty(tag)) {
            throw new NullPointerException();
        }
        lockRepository.deleteByTag(tag);
    }

    private Date addSeconds(Date date, Integer seconds) {
        if (Objects.isNull(seconds)){
            seconds = DEFAULT_EXPIRED_SECONDS;
        }
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();
        calendar.setTime(date);
        calendar.add(Calendar.SECOND, seconds);
        return calendar.getTime();
    }
}

3.6 测试类

创建了一个测试的controller进行测试，里面写了一个test方法，方法在获取锁的时候会sleep 2秒，便于我们进行测试。完整内容如下:

package com.dalaoyang.controller;

import com.dalaoyang.service.LockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;


@RestController
public class TestController {

    @Autowired
    private LockService lockService;

    @GetMapping("/tryLock")
    public Boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds) {
        return lockService.tryLock(tag, expiredSeconds);
    }

    @GetMapping("/unlock")
    public Boolean unlock(String tag) {
        lockService.unlock(tag);
        return true;
    }

    @GetMapping("/test")
    public String test(String tag, Integer expiredSeconds) {
        if (lockService.tryLock(tag, expiredSeconds)) {
            try {
                //do something
                //这里使用睡眠两秒，方便观察获取不到锁的情况
                Thread.sleep(2000);
            } catch (Exception e) {

            } finally {
                lockService.unlock(tag);
            }
            return "获取锁成功，tag是：" + tag;
        }
        return "当前tag：" + tag + "已经存在锁，请稍后重试！";
    }
}

3.测试

项目使用maven打包，分别使用两个端口启动，分别是20000和20001。

java -jar springboot2_distributed_lock_mysql-0.0.1-SNAPSHOT.jar --server.port=20001

java -jar springboot2_distributed_lock_mysql-0.0.1-SNAPSHOT.jar --server.port=20000

分别访问两个端口的项目，如图所示，只有一个请求可以获取锁。

image
image

4.总结

本案例实现的分布式锁只是一个简单的实现方案，还具备很多问题，不适合生产环境使用。

5.源码地址

源码地址：https://gitee.com/dalaoyang/springboot_learn/tree/master/springboot2_distributed_lock_mysql

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