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声明式锁,单节点锁(JUC的lock接口),分布式锁(redis)的快速解决方案

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ikejcwang/wangjc-vip-lock-starter

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一、简介

  • wangjc-vip-lock-starter是一个声明式锁的组件,提供了单节点锁LockSingle(JUC的lock接口)和分布式锁LockCloud(redis)的快速解决方案,将锁控业务逻辑统一管理,避免代码到处写的都是加锁解锁操作,并提供支持自定义的加锁失败策略和释放锁失败策略。

  • PS:wangjc-vip-lock-starter相对于传统的写法,在性能上并没有什么大的优势,主要着手于提供简单的操作和规范统一的管理。为了精细化的控制,将需要上锁的业务抽成单独的方法,在该方法上添加对应注解。单节点锁:@LockSingle,分布式锁:@LockCloud。参考案例:https://gitee.com/baomidou/lock4j-spring-boot-starter.git

  • 1、单节点锁

    主要是对ReentrantLock操作的封装,普遍采用tryLock来设置获取锁的超时时间,避免lock的长期阻塞(拖垮性能不可控)。但前者可能会加锁超时,进入定义好的加锁失败策略。所以假如并发量很大,又强制保证每一条线程都要成功执行业务,推荐设置acquireTimeout参数稍大一点,给每一条线程足够的重试时间,不然则有的加锁成功,有的失败(类似抢购,不一定都能抢到)

    @Target({ElementType.METHOD}) // 只作用于方法
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    public @interface LockSingle {
    
        /**
         * 锁类型:可重入锁,读锁,写锁,公平锁
         * @return 默认为可重入锁
         */
        LockType type() default LockType.REENTRANT;
    
        /**
         * 锁名称
         * @return 默认为包名+方法名
         */
        String[] keys() default "";
    
        /**
         * 锁名称的构建器
         * @return
         */
        Class<? extends ILockKeyBuilderService> keyBuilder() default DefaultLockKeyBuilderServiceImpl.class;
    
        /**
         * 尝试获取锁的超时时间 单位:毫秒
         * @return 默认为3,
         */
        long acquireTimeout() default 3000;
    
        /**
         * 失败策略,默认是抛出异常
         * 获取锁:{@link DefaultLockFailureStrategyServiceImpl#lockFailure(Long, Integer)}
         * 释放锁:{@link DefaultLockFailureStrategyServiceImpl#releaseFailure(LockEntity)}
         * @return
         */
        Class<? extends ILockFailureStrategyService> lockFailureStrategy() default DefaultLockFailureStrategyServiceImpl.class;
    }
  • 使用场景:

    单节点的项目部署,因为在同一台JVM里面,自身的lock接口可以满足一切的同步操作需求。

        private int counter = 1;
    
        @LockSingle(type = LockType.READ)
        public void read(){
            System.out.println("普通锁:读锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockSingle(type = LockType.WRITE,keys = "#key")
        public void write(String key){
            System.out.println("普通锁:写锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockSingle(type = LockType.FAIR,keys = "#user.name")
        public void fair(User user){
            System.out.println("普通锁:公平锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockSingle(keys = {"#user.name","#user.id"},acquireTimeout = 8000)
        public void reentrant(User user){
            System.out.println("普通锁:可重入锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
            try {
                /** 模拟占用时间 */
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
  • 2、分布式锁

    摒弃了zookeeper,只使用redis来做分布式锁,客户端类型为Spring提供RedisTemplate,或者官方提供的Redisson(默认此项)。相对于单节点锁,多了一个过期自动释放时间expire(默认30秒,过期时间要长于业务执行时间) PS:虽然都说的一种情况是,过期时间到了自动释放,但业务还未执行完,那么最容易发生的就是等业务执行完后,在finally代码块中手动把其他线程的锁给释放了,数据不安全。但这里不会,因为在分布式锁的释放时做了该锁是否属于当前线程的判断。

    	@Target({ElementType.METHOD}) // 只作用于方法
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    public @interface LockCloud {
    
        /**
         * 分布式锁的客户端支持,
         * @return 默认是redisson
         */
        LockCloudClientType client() default LockCloudClientType.REDISSON;
    
        /**
         * 锁类型:可重入锁,读锁,写锁,公平锁
         * @return 默认为可重入锁,目前就redisson支持
         */
        LockType type() default LockType.REENTRANT;
    
        /**
         * 锁名称
         * @return 默认为包名+方法名
         */
        String[] keys() default "";
    
        /**
         * 锁名称的构建器
         * @return
         */
        Class<? extends ILockKeyBuilderService> keyBuilder() default DefaultLockKeyBuilderServiceImpl.class;
    
        /**
         * 锁的过期自动释放时间 单位:毫秒 (分布式锁必须设置自动释放时间,为0无效)
         * @return 默认为30,过期时间一定是要长于业务的执行时间,
         */
        long expire() default 30000;
    
        /**
         * 尝试获取锁的超时时间 单位:毫秒 (分布式锁必须设置自旋获取锁的超时时间,为0无效)
         * @return 默认为3,结合业务,建议该时间不宜设置过长,特别在并发高的情况下.
         */
        long acquireTimeout() default 3000;
    
        /**
         * 失败策略,默认是抛出异常
         * 获取锁:{@link DefaultLockFailureStrategyServiceImpl#lockFailure(Long, Integer)}
         * 释放锁:{@link DefaultLockFailureStrategyServiceImpl#releaseFailure(LockEntity)}
         * @return
         */
        Class<? extends ILockFailureStrategyService> lockFailureStrategy() default DefaultLockFailureStrategyServiceImpl.class;
    }
  • 使用场景:

    分布式项目的部署,因为多台JVM之间存在隔离,自身API无法实现这种机器隔离的同步操作,只能借用第三方组件来控制,常用的就是redis。当然,还有zookeeper。

        private int counter = 1;
    
        @LockCloud(type = LockType.READ)
        public void read(){
            System.out.println("分布式锁:读锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockCloud(type = LockType.WRITE,keys = "#key")
        public void write(String key){
            System.out.println("分布式锁:写锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockCloud(type = LockType.FAIR,keys = "#user.name")
        public void fair(User user){
            System.out.println("分布式锁:公平锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        /**
         * 设置获取锁超时时间 和过期失效时间
         * @param user
         */
        @LockCloud(keys = {"#user.name","#user.id"},acquireTimeout = 4000,expire = 4000)
        public void reentrant(User user){
            System.out.println("分布式锁:可重入锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
            try {
                /** 模拟占用 */
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

二、代码结构说明

  • 包结构前缀统一为:vip.wangjc.lock。然后下面根据职责细分:注解,aop扫描,自动配置,key构建器,实体,异常,执行器,失败策略,工具……其中,key构建器,执行器,失败策略,都可支持自定义。自定义方式为实现对应的接口,然后在注解中指定具体的实现类。

  • 结构如下:

    ├─src
    	│  └─main
    	│      ├─java
    	│      │  └─vip
    	│      │      └─wangjc
    	│      │          └─lock
    	│      │              │  LockTemplate.java锁的模板方法提供)
    	│      │              │
    	│      │              ├─annotation
    	│      │              │      LockCloud.java分布式锁注解)
    	│      │              │      LockSingle.java单节点锁注解)
    	│      │              │
    	│      │              ├─aop
    	│      │              │      LockCloudAnnotationAdvisor.java分布式锁的aop通知)
    	│      │              │      LockCloudInterceptor.java分布式锁的aop切面处理器)
    	│      │              │      LockSingleAnnotationAdvisor.java普通锁的aop通知)
    	│      │              │      LockSingleInterceptor.java普通锁的aop切面处理器)
    	│      │              │
    	│      │              ├─auto
    	│      │              │  └─configure
    	│      │              │          LockAutoConfiguration.java框架的自动配置器)
    	│      │              │
    	│      │              ├─builder
    	│      │              │  └─service
    	│      │              │      │  ILockKeyBuilderService.java锁的名称key生成器接口)
    	│      │              │      │
    	│      │              │      └─impl
    	│      │              │              DefaultLockKeyBuilderServiceImpl.java默认的key生成器)
    	│      │              │
    	│      │              ├─entity
    	│      │              │      LockCloudClientType.java枚举分布式锁的客户端类型这里放弃了zookeeper)
    	│      │              │      LockCloudEntity.java分布式锁的实体类加强版提供过期时间和尝试获取次数)
    	│      │              │      LockEntity.java锁的实体类)
    	│      │              │      LockType.java枚举锁的类型提供可重入锁读锁写锁公平锁)
    	│      │              │
    	│      │              ├─exception
    	│      │              │      LockException.java自定义锁的异常)
    	│      │              │      LockFailureException.java失败策略的异常类)
    	│      │              │
    	│      │              ├─executor
    	│      │              │  │  LockExecutorFactory.java锁执行器的构建工厂)
    	│      │              │  │
    	│      │              │  ├─pool
    	│      │              │  │      LockSinglePool.java单节点锁的锁存放池)
    	│      │              │  │
    	│      │              │  └─service
    	│      │              │      │  ILockExecutorService.java锁的核心处理器接口)
    	│      │              │      │
    	│      │              │      └─impl
    	│      │              │              RedissonFairLockExecutorServiceImpl.java分布式锁的公平锁Redisson支持))
    	│      │              │              RedissonReadLockExecutorServiceImpl.java分布式锁的读锁Redisson支持))
    	│      │              │              RedissonReentrantLockExecutorServiceImpl.java分布式锁的可重入锁Redisson支持))
    	│      │              │              RedissonWriteLockExecutorServiceImpl.java分布式锁的写锁Redisson支持))
    	│      │              │              RedisTemplateLockServiceImpl.java分布式锁原生RedisTemplate处理器)
    	│      │              │              SingleFairLockExecutorServiceImpl.java单节点的公平锁执行器)
    	│      │              │              SingleReadLockExecutorServiceImpl.java单节点的读锁执行器)
    	│      │              │              SingleReentrantLockExecutorServiceImpl.java单节点的可重入锁执行器)
    	│      │              │              SingleWriteLockExecutorServiceImpl.java单节点的写锁执行器)
    	│      │              │
    	│      │              ├─failureStrategy
    	│      │              │  └─service
    	│      │              │      │  ILockFailureStrategyService.java获取锁/释放锁的失败策略接口)
    	│      │              │      │
    	│      │              │      └─impl
    	│      │              │              DefaultLockFailureStrategyServiceImpl.java默认的失败策略)
    	│      │              │
    	│      │              └─util
    	│      │                      LockUtil.java锁的工具类获取当前JVM的进程ID获取本机网卡地址)
    	│      │
    	│      └─resources
    	│          └─META-INFspring.factories自动化配置)
    	│
  • UML图如下: 类图


三、使用方式

  • 1、添加依赖

    把项目以maven的方式打成jar包上传提交到GitHub的中央仓库,步骤繁琐,暂时没做这一步(后期考虑),所以使用的话直接git clone下来,然后在具体的项目中引入即可

    		<!--spring redis template的提供-->
      		<dependency>
      			<groupId>org.springframework.boot</groupId>
      			<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
      			<optional>true</optional>
      		</dependency>
    
      		<!--redis官方提供的分布式锁-->
      		<dependency>
      			<groupId>org.redisson</groupId>
      			<artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
      			<version>${redisson.version}</version>
      			<optional>true</optional>
      		</dependency>
    
      		<dependency>
      			<groupId>vip.wangjc</groupId>
      			<artifactId>wangjc-vip-lock-starter</artifactId>
      			<version>1.0-SNAPSHOT</version>
      		</dependency>

  • 2、配置文件

    spring.redis.host=127.0.0.1
    #需要密码的话,打开下方注解
    #spring.redis.password=697295
    spring.redis.timeout=5000
    spring.redis.port=6379
    spring.redis.database=3
  • 3、使用注解

    为了精细化的控制锁的粒度,将核心业务代码抽成单独的方法,然后在对应方法上,添加锁注解

        private int counter = 1;
    
        @LockCloud(type = LockType.READ)
        public void read(){
            System.out.println("分布式锁:读锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockCloud(type = LockType.WRITE,keys = "#key")
        public void write(String key){
            System.out.println("分布式锁:写锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        @LockCloud(type = LockType.FAIR,keys = "#user.name")
        public void fair(User user){
            System.out.println("分布式锁:公平锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
        }
    
        /**
         * 设置超时机制和过期失效时间
         * @param user
         */
        @LockCloud(keys = {"#user.name","#user.id"},acquireTimeout = 4000,expire = 4000)
        public void reentrant(User user){
            System.out.println("分布式锁:可重入锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
            try {
                /** 模拟占用 */
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        /**
         * 自定义key构建器和失败策略
         * @param user
         */
        @LockCloud(keyBuilder = TestLockKeyBuilder.class,lockFailureStrategy = FailStrategyTest.class)
        public void reentrant2(User user){
            System.out.println("分布式锁:可重入锁,当前线程:"+Thread.currentThread().getName()+",counter:"+ counter++);
            try {
                /** 模拟占用 */
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

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