SpringBoot 3.x中的的分布式锁与同步机制！

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环境说明：Windows 10 + IntelliJ IDEA 2021.3.2 + Jdk 1.8

前言

💡 一句话概括： 分布式系统环境下，如何确保多个进程不会同时访问同一资源？Redis 和 ZooKeeper 是目前最常见的两种分布式锁方案，它们各有优缺点，今天我们就深入剖析它们的原理、实现方式以及最佳实践！

🌟 1. 前言：你是不是也被分布式系统的并发问题搞疯了？

在单机环境下，Java 的 synchronized 关键字 或 ReentrantLock 就能搞定多线程同步问题，然而在 分布式环境 里，事情可没那么简单！

场景想象：
假设你在运营一个电商平台，现在搞一个限时秒杀活动，5000 个用户同时冲进来抢购 100 台 iPhone，如果没有分布式锁，数据库可能会直接炸裂，订单数量可能远远超过库存！这就是典型的超卖问题！

于是，你开始寻找解决方案：

✅ 分布式锁，能保证同一时间只有一个服务实例能操作库存数据，其他请求要么等待，要么直接返回失败，从而避免超卖或数据混乱。

本篇文章将带你深入探讨 Redis 和 ZooKeeper 实现的分布式锁，并分析它们的优劣势，让你可以根据业务场景选择最合适的方案。

📖 2. 目录

1. 🔐 分布式锁的概念与应用场景
2. ⚡ 使用 Redis 实现分布式锁
   • 🛠️ 基于 SETNX 的实现
   • 🔄 可重入锁的改进
   • 🚨 Redis 分布式锁的潜在问题
3. 🏰 使用 ZooKeeper 实现分布式锁
   • 📝 基于临时顺序节点的实现
   • 🔍 ZooKeeper 分布式锁的优劣势
4. 🔄 解决分布式系统中的竞态条件与锁粒度
5. 🛠️ 实战演练——用 Redis 和 ZooKeeper 解决秒杀超卖问题
6. 🤔 总结与思考

🔐 3. 分布式锁的概念与应用场景

📌 3.1 什么是分布式锁？

分布式锁的核心目标是保证在分布式环境下，同一时间只有一个进程能访问某个资源。

在单机环境下，我们可以使用 Java 的 synchronized 或 ReentrantLock 来保证线程安全。但在分布式环境中，由于多个实例分布在不同的服务器上，必须使用一种可以跨多个节点协调的锁机制，这就是分布式锁。

🚀 3.2 典型应用场景

• 库存扣减（电商秒杀、商品限购）
• 任务调度（确保定时任务不会被多个实例同时执行）
• 订单去重（避免用户重复下单）
• 支付幂等（确保用户的支付请求不会被多次执行）

⚡ 4. 使用 Redis 实现分布式锁

Redis 是当前实现分布式锁最常见的方案之一，因其高性能、简单易用，被大量企业采用。

🛠️ 4.1 基于 SETNX 的实现

最基本的 Redis 分布式锁是使用 SETNX（Set if Not Exists）命令来实现的：

public boolean tryLock() {
    long result = jedis.setnx("lock_key", "locked");
    if (result == 1) {
        jedis.expire("lock_key", 10); // 设置锁的过期时间，防止死锁
        return true;
    }
    return false;
}

public void unlock() {
    jedis.del("lock_key"); // 释放锁
}

⚠️ 问题：

• 如果锁的持有者崩溃，锁可能永远不会释放（死锁问题）！
• SETNX 不支持可重入锁！
• 没有自动续期机制，导致锁可能在任务执行完成之前就被释放。

🔄 4.2 可重入锁的改进

可重入锁是指同一个线程可以多次获取同一把锁。为了解决 Redis 锁的可重入性，我们可以使用 UUID 作为锁的唯一标识：

private String lockValue = UUID.randomUUID().toString();

public boolean tryLock() {
    String result = jedis.set("lock_key", lockValue, "NX", "EX", 10);
    return "OK".equals(result);
}

public void unlock() {
    if (lockValue.equals(jedis.get("lock_key"))) {
        jedis.del("lock_key");
    }
}

这样可以确保只有创建锁的进程才能释放锁，避免误删其他线程的锁。

🚨 4.3 Redis 分布式锁的潜在问题

🏰 5. 使用 ZooKeeper 实现分布式锁

📝 5.1 基于临时顺序节点的实现

ZooKeeper 实现分布式锁的原理是创建 临时顺序节点，然后按照顺序来执行任务。

public void tryLock() throws KeeperException, InterruptedException {
    String nodePath = zk.create("/lock_", new byte[0], ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
    List<String> children = zk.getChildren("/lock", false);
    Collections.sort(children);
    if (nodePath.equals("/lock/" + children.get(0))) {
        System.out.println("获取锁成功：" + nodePath);
    } else {
        System.out.println("获取锁失败，等待中...");
    }
}

🔍 5.2 ZooKeeper 分布式锁的优劣势

🛠️ 6. 实战演练——用 Redis 和 ZooKeeper 解决秒杀超卖问题

场景： 我们要实现一个限量商品的秒杀功能，确保多个用户不会超卖商品库存。

public void seckill() {
    if (redisLock.tryLock()) {
        try {
            // 扣减库存
        } finally {
            redisLock.unlock();
        }
    }
}

🤔 7. 总结与思考

1. Redis 适用于高并发场景，但要注意锁超时问题。
2. ZooKeeper 更稳定，但性能相对较低，适合强一致性需求的任务。
3. Redisson 是 Redis 锁的增强版本，推荐使用。
4. 分布式锁不是万能的，在设计系统时要综合考虑业务需求。

希望这篇文章能帮你搞懂分布式锁的实现！🚀

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