《自己动手写框架4》：分布式锁的简单实现

分布式锁在分布式应用当中是要经常用到的，主要是解决分布式资源访问冲突的问题。  一开始考虑采用ReentrantLock来实现，但是实际上去实现的时候，是有问题的，ReentrantLock的lock和unlock要求必须是在同一线程进行，而分布式应用中，lock和unlock是两次不相关的请求，因此肯定不是同一线程，因此导致无法使用ReentrantLock。
接下来就考虑采用自己做个状态来进行锁状态的记录，结果发现总是死锁，仔细一看代码，能不锁死么。

public synchronized void lock(){
    while(lock){
        Thread.sleep(1);
    }
    lock=true;
...
}

public synchronized void unlock(){
    lock=false;
...
}

第一个请求要求获得锁，好么，给他个锁定状态，然后他拿着锁去干活了。
这个时候，第二个请求也要求锁，OK,他在lock中等待解锁。
第一个干完活了，过来还锁了，这个时候悲催了，因为，他进不了unlock方法了。
可能有人会问，为什么采用while，而不是采用wait...notify?这个问题留一下，看看有人能给出来不？
总之，上面的方安案流产了。
同样，不把synchronized 放在方法上，直接放在方法里放个同步对象可以不？？道理是一样的，也会发生上面一样的死锁。
到此为止前途一片黑暗。
@沈学良 同学的http://my.oschina.net/shenxueliang/blog/135865写了一个用zk做的同布锁，感觉还是比较复杂的且存疑。自己做不出来吧，又不死心。
再来看看Lock的接口，想了一下，不遵守Lock的接口了。编写了下面的接口。

public interface DistributedLock extends RemoteObject {

    long lock() throws RemoteException, TimeoutException;

    long tryLock(long time, TimeUnit unit) throws RemoteException, TimeoutException;

    void unlock(long token) throws RemoteException;

}

呵呵，眼尖的同学可能已经发现不同了。

lock方法增加了个long返回值，tryLock方法，返回的也不是boolean，也是long，unlock方法多了一个long参数型参数，呵呵，技巧就在这里了。

public class DistributedLockImpl extends UnicastRemoteObject implements DistributedLock {
    /**
     * 超时单位
     */
    private TimeUnit lockTimeoutUnit = TimeUnit.SECONDS;
    /**
     * 锁的令牌
     */
    private volatile long token = 0;
    /**
     * 同步对象
     */
    byte[] lock = new byte[0];
    /**
     * 默认永不超时
     */
    long lockTimeout = 60 * 60;//默认超时3600秒
    long beginLockTime;//获取令牌时间，单位毫秒

    public DistributedLockImpl() throws RemoteException {
        super();
    }

    /**
     * @param lockTimeout 锁超时时间，如果加锁的对象不解锁，超时之后自动解锁
     * @param lockTimeoutUnit
     * @throws RemoteException
     */
    public DistributedLockImpl(long lockTimeout, TimeUnit lockTimeoutUnit) throws RemoteException {
        super();
        this.lockTimeout = lockTimeout;
        this.lockTimeoutUnit = this.lockTimeoutUnit;
    }
    public long lock() throws TimeoutException {
        return tryLock(0, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
    private boolean isLockTimeout() {
        if (lockTimeout <= 0) {
            return false;
        }
        return (System.currentTimeMillis() - beginLockTime) < lockTimeoutUnit.toMillis(lockTimeout);
    }
    private long getToken() {
        beginLockTime = System.currentTimeMillis();
        token = System.nanoTime();
        return token;
    }
    public long tryLock(long time, TimeUnit unit) throws TimeoutException {
        synchronized (lock) {
            long startTime = System.nanoTime();
            while (token != 0 && isLockTimeout()) {
                try {
                    if (time > 0) {
                        long endTime = System.nanoTime();
                        if (endTime - startTime >= unit.toMillis(time)) {
                            throw new TimeoutException();
                        }
                    }
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    //DO Noting
                }
            }
            return getToken();
        }
    }
    public void unlock(long token) {
        if (this.token != 0 && token == this.token) {
            this.token = 0;
        } else {
            throw new RuntimeException("令牌" + token + "无效.");
        }
    }
}

下面对代码进行一下讲解。

上面的代码提供了，永远等待的获取锁的lock方法和如果在指定的时间获取锁失败就获得超时异常的tryLock方法，另外还有一个unlock方法。
技术的关键点实际上就是在token上，上面的实现，有一个基本的假设，就是两次远程调用之间的时间不可能在1纳秒之内完成。因此，每次锁的操作都会返回一个长整型的令牌，就是当时执行时间的纳秒数。下次解锁必须用获得的令牌进行解锁，才可以成功。如此，解锁就不用添加同步操作了，从而解决掉上面死锁的问题。
实际上，没有令牌也是可以的，但是那样就会导致a获取了锁，但是b执行unlock也会成功解锁，是不安全的，而加入令牌，就可以保证只有加锁者才可以解锁。
下面是测试代码：

public class TestDLock {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        RmiServer rmiServer = new LocalRmiServer();
        DistributedLockImpl distributedLock = new DistributedLockImpl();
        rmiServer.registerRemoteObject("lock1", distributedLock);
        MultiThreadProcessor processor = new MultiThreadProcessor("aa");
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            processor.addProcessor(new RunLock("aa" + i));
        }
        long s = System.currentTimeMillis();
        processor.start();
        long e = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(e - s);
        rmiServer.unexportObject(distributedLock);
    }
}

class RunLock extends AbstractProcessor {
    public RunLock(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    protected void action() throws Exception {
        try {
            RmiServer client = new RemoteRmiServer();
            DistributedLock lock = client.getRemoteObject("lock1");
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                long token = lock.lock();
                lock.unlock(token);
            }
            System.out.println("end-" + Thread.currentThread().getId());
        } catch (RemoteException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行情况：

也就是9069ms中执行了8000次锁定及解锁操作。
小结：
上面的分布式锁实现方案，综合考虑了实现简单，锁安全，锁超时等因素。实际测试，大概900到1000次获取锁和释放锁操作每秒，可以满足大多数应用要求。

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