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一种利用pending状态实现锁的方案

问题背景

开发网站时经常遇到数据竞争的情况.
比如一个图书馆网站，对于Book1

• 学生还书,把Book1的status变成可借阅

book = Book1.objects.get(id=1)  # 初始 use, naem, 错别字
book.status = "free"
book.save()  # free naem

• 管理员修改名称

book = Book1.objects.get(id=1)  # 初始 use, naem, 错别字
book.name = "name"
book.save()  # use, name

无论是学生的对象先保存还是管理员的对象先保存, 都会导致book的status或者name有一个有问题.

已有解决方案的缺陷

• 添加锁
  一旦加锁意味着所有拿Book, 改Book的地方都要加锁. 对于已有项目改动工作量太大了. 比如

  1. 每天对书本进行统计要加锁
  2. 每次借阅书籍后保存书籍的借阅次数需要加锁
  3. 修改书本的标签号需要加锁
  4. 给书本添加标签要加锁(利用arrayfield直接保存在书本的标签)

• 只允许改里面部分字段
  和加锁一样,改动也很大.每个保存book的代码都要把status排除. 并且django-rest-framework的serializer还不支持update_fields

利用pending状态实现锁

原理

• 线程A和线程B占用对象Book1时, 创建一个占用记录

occupy_A/B = BookOccupy.objects.create(status="pending", book=Book1)

• 占用完毕后查看处于pending的记录是否存在

pending = BookOccupy.objects.filter(status="pending", book=Book1).exclude(id=occupy_A).first()
# 顺序很重要,先看pending后看using. 避免看完using后正好有个pending的状态变成using
using = BookOccupy.objects.filter(status="using", book=Book1).exclude(id=occupy_A).first()

• 如果已经被其他人占用了就退出

if using:
    return

• 如果有其他pending,就取消占用随机等待后重拾

if pending:
    occupy_A/B.delete()
    time.sleep(random.random())
    occupy_A/B = BookOccupy(status="pending", book=Book1)

• 证明
  可以看到对于每次占用都有空-pending-using的状态. 任意状态下,

A状态	B状态	A操作	B操作
None	Any	进入pending	Continue
Pending	None	进入using	进入Pending
Pending	Pending	进入None随机等待	进入None随机等待
Pending	Using	Exit	Using
Using	Any	Using	Exit

具体实现

• 数据库实现
  上面的原理里就是利用数据库的ORM实现.

• redis缓存实现
  利用using:key保存已经占用的. 利用pending:set保存等待的

while True:
    occupy_A/B = redis.sadd("set", "id_A/B")
    if redis.scard("set") >= 2:
        redis.srem("set", "id_A/B")
        time.sleep(random.random())
        continue
    if redis.get("using:key"):
        return None
    # 没有using, 没有pending 
    redis.set("using:key", "id_A")
    redis.srem("set", "id_A")

• 文件系统实现
  创建2个文件夹, pending和using. 每次都查看using文件夹里是否有文件, pending文件夹的数量是否大于1