Java中单体应用锁的局限性&分布式锁

2024-03-11 0 3,879

互联网系统架构的演进

在互联网系统发展之初,系统比较简单,消耗资源小,用户访问量也比较少,我们只部署一个Tomcat应用就可以满足需求。系统架构图如下:
Java中单体应用锁的局限性&分布式锁
一个Tomcat可以看作是一个JVM进程,当大量的请求并发到达系统时,所有的请求都落在这唯一的一个Tomcat上,如果某些请求方法是需要加锁的,比如:秒杀扣减库存,是可以满足需求的,这和我们前面章节所讲的内容是一样的。但是随着访问量的增加,导致一个Tomcat难以支撑,这时我们就要集群部署Tomcat,使用多个Tomcat共同支撑整个系统。系统架构图如下:
Java中单体应用锁的局限性&分布式锁
上图中,我们部署了两个Tomcat,共同支撑系统。当一个请求到达系统时,首先会经过Nginx,Nginx主要是做负载转发的,它会根据自己配置的负载均衡策略将请求转发到其中的一个Tomcat中。当大量的请求并发访问时,两个Tomcat共同承担所有的访问量,这时,我们同样在秒杀扣减库存的场景中,使用单体应用锁,还能够满足要求吗?

单体应用锁的局限性

如上图所示,在整个系统架构中,存在两个Tomcat,每个Tomcat是 -个JVM。在进行秒杀业务的时候,由于大家都在抢购秒杀商品,大量的请求同时到达系统,通过Nginx分 发到两个Tomcat上。我们通过一个极端的案例场景, 可以更好地理解单体应用锁的局限性。假如,秒杀商品的数量只有1个,这时,这些大量的请求当中,只有一个请求可以成功的抢到这个商品,这就需要在扣减库存的方法.上加锁,扣减库存的动作只能一个一个去执行,而不能同时去执行如果同时执行,这1个商品可能同时被多个人抢到,从而产生超卖现象。加锁之后,扣减库存的动作一个一个去执行,凡是将库存扣减为负数的,都抛出异常,提示该用户没有抢到商品。通过加锁看似解决了秒杀的问题,但是事实,上真的是这样吗?
我们看到系统中存在两个Tomcat,我们加的锁是JDK提供的锁,这种锁只能在一个JVM下起作用,也就是在一个Tomcat内是没有问题的。当存在两个或两个以上的Tomcat时,大量的并发请求分散到不同的Tomcat_上,在每一一个Tomcat中都可以防止并发的产生,但是在多个Tomcat之间,每个Tomcat中获得锁的这个请求,又产生了并发从而产生超卖现象。这也就是单体应用锁的局限性,它只能在一个JVM内加锁,而不能从这个应用层面去加锁。
那么这个问题如何解决呢?这就需要使用分布式锁了,在整个应用层面去加锁。什么是分布式锁呢?我们怎么去使用分布式锁呢?

什么是分布式锁

在说分布式锁之前,我们看一看单体应用锁的特点,单体应用锁是在一个JVM进程内有效,无法跨JVM、跨进程。那么分布式锁的定义就出来了,分布式锁就是可以跨越多个JVM、跨越多个进程的锁,这种锁就叫做分布式锁。

分布式锁的设计思路

Java中单体应用锁的局限性&分布式锁
在上图中,由于Tomcat是由Java启动的,所以每个Tomcat可以看成一个JVM,JVM内部的锁是无法跨越多个进程的。所以,我们要实现分布式锁,我们只能在这些JVM之外去寻找,通过其他的组件来实现分布式锁。系统的架构如图所示:
Java中单体应用锁的局限性&分布式锁
两个Tomcat通过第三方的组件实现跨JVM、跨进程的分布式锁。这就是分布式锁的解决思路,找到所有JVM可以共同访问的第三方组件,通过第三方组件实现分布式锁。

目前存在的分布式的方案

分布式锁都是通过第三方组件来实现的,目前比较流行的分布式锁的解决方案有:

  • 数据库,通过数据库可以实现分布式锁,但是在高并发的情况下对数据库压力较大,所以很少使用。
  • Redis,借助Redis也可以实现分布式锁,而且Redis的Java客户端种类很多,使用的方法也不尽相同。
  • Zookeeper,Zookeeper也可以实现分布式锁,同样Zookeeper 也存在多个Java客户端,使用方法也不相同。

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