基于Consul的分布式锁实现

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我们在构建分布式系统的时候，经常需要控制对共享资源的互斥访问。这个时候我们就涉及到分布式锁(也称为全局锁)的实现，基于目前的各种工具，我们已经有了大量的实现方式，比如：基于Redis的实现、基于Zookeeper的实现。本文将介绍一种基于Consul 的Key/Value存储来实现分布式锁以及信号量的方法。

分布式锁实现

基于Consul的分布式锁主要利用Key/Value存储API中的acquire和release操作来实现。acquire和release操作是类似Check-And-Set的操作：

• acquire操作只有当锁不存在持有者时才会返回true，并且set设置的Value值，同时执行操作的session会持有对该Key的锁，否则就返回false
• release操作则是使用指定的session来释放某个Key的锁，如果指定的session无效，那么会返回false，否则就会set设置Value值，并返回true

具体实现中主要使用了这几个Key/Value的API：

create session：https://www.consul.io/api/session.html#session_create

delete session：https://www.consul.io/api/session.html#delete-session

KV acquire/release：https://www.consul.io/api/kv.html#create-update-key

基本流程

具体实现

public class Lock { 
  
    private static final String prefix = "lock/";  // 同步锁参数前缀 
  
    private ConsulClient consulClient; 
    private String sessionName; 
    private String sessionId = null; 
    private String lockKey; 
  
    /** 
     * 
     * @param consulClient 
     * @param sessionName   同步锁的session名称 
     * @param lockKey       同步锁在consul的KV存储中的Key路径，会自动增加prefix前缀，方便归类查询 
     */ 
    public Lock(ConsulClient consulClient, String sessionName, String lockKey) { 
        this.consulClient = consulClient; 
        this.sessionName = sessionName; 
        this.lockKey = prefix + lockKey; 
    } 
  
    /** 
     * 获取同步锁 
     * 
     * @param block     是否阻塞，直到获取到锁为止 
     * @return 
     */ 
    public Boolean lock(boolean block) { 
        if (sessionId != null) { 
            throw new RuntimeException(sessionId + " - Already locked!"); 
        } 
        sessionId = createSession(sessionName); 
        while(true) { 
            PutParams putParams = new PutParams(); 
            putParams.setAcquireSession(sessionId); 
            if(consulClient.setKVValue(lockKey, "lock:" + LocalDateTime.now(), putParams).getValue()) { 
                return true; 
            } else if(block) { 
                continue; 
            } else { 
                return false; 
            } 
        } 
    } 
  
    /** 
     * 释放同步锁 
     * 
     * @return 
     */ 
    public Boolean unlock() { 
        PutParams putParams = new PutParams(); 
        putParams.setReleaseSession(sessionId); 
        boolean result = consulClient.setKVValue(lockKey, "unlock:" + LocalDateTime.now(), putParams).getValue(); 
        consulClient.sessionDestroy(sessionId, null); 
        return result; 
    } 
  
    /** 
     * 创建session 
     * @param sessionName 
     * @return 
     */ 
    private String createSession(String sessionName) { 
        NewSession newSession = new NewSession(); 
        newSession.setName(sessionName); 
        return consulClient.sessionCreate(newSession, null).getValue(); 
    } 
  
} 

单元测试

public class TestLock { 
  
    private Logger logger = Logger.getLogger(getClass()); 
  
    @Test 
    public void testLock() throws Exception  { 
        new Thread(new LockRunner(1)).start(); 
        new Thread(new LockRunner(2)).start(); 
        new Thread(new LockRunner(3)).start(); 
        new Thread(new LockRunner(4)).start(); 
        new Thread(new LockRunner(5)).start(); 
        Thread.sleep(200000L); 
    } 
   
    class LockRunner implements Runnable { 
  
        private Logger logger = Logger.getLogger(getClass()); 
        private int flag; 
  
        public LockRunner(int flag) { 
            this.flag = flag; 
        } 
  
        @Override 
        public void run() { 
            Lock lock = new Lock(new ConsulClient(), "lock-session", "lock-key"); 
            try { 
                if (lock.lock(true)) { 
                    logger.info("Thread " + flag + " start!"); 
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(3000L)); 
                    logger.info("Thread " + flag + " end!"); 
                } 
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } finally { 
                lock.unlock(); 
            } 
        } 
    } 
   
} 

优化建议

本文我们实现了基于Consul的简单分布式锁，但是在实际运行时，可能会因为各种各样的意外情况导致unlock操作没有得到正确地执行，从而使得分布式锁无法释放。所以为了更完善的使用分布式锁，我们还必须实现对锁的超时清理等控制，保证即使出现了未正常解锁的情况下也能自动修复，以提升系统的健壮性。那么如何实现呢?请持续关注我的后续分解!

【本文为51CTO专栏作者“翟永超”的原创稿件，转载请通过51CTO联系作者获取授权】

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