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0、引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)量不斷增大，業(yè)務(wù)邏輯也日趨復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的高并發(fā)訪問、海量數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)景也越來越多。如何用較低成本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高可用、易伸縮、可擴(kuò)展等目標(biāo)就顯得越發(fā)重要。
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為了解決這一系列問題，系統(tǒng)架構(gòu)也在不斷演進(jìn)。傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)已經(jīng)逐漸無法滿足要求，分布式系統(tǒng)被使用在更多的場(chǎng)景中。分布式系統(tǒng)由獨(dú)立的服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)松散耦合組成。在這個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)服務(wù)器都是一臺(tái)獨(dú)立的主機(jī)，服務(wù)器之間通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接。分布式系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
- 可擴(kuò)展性：可通過橫向水平擴(kuò)展提高系統(tǒng)的性能和吞吐量。
- 高可靠性：高容錯(cuò)，即使系統(tǒng)中一臺(tái)或幾臺(tái)故障，系統(tǒng)仍可提供服務(wù)。
- 高并發(fā)性：各機(jī)器并行獨(dú)立處理和計(jì)算。
- 廉價(jià)高效：多臺(tái)小型機(jī)而非單臺(tái)高性能機(jī)。
然而，在分布式系統(tǒng)中，其環(huán)境的復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)的不確定性會(huì)造成諸如時(shí)鐘不一致、"拜占庭將軍問題"等。存在于集中式系統(tǒng)中的機(jī)器宕機(jī)、消息丟失等問題也會(huì)在分布式環(huán)境中變得更加復(fù)雜。
基于分布式系統(tǒng)的這些特征，有兩種問題逐漸成為了分布式環(huán)境中需要重點(diǎn)關(guān)注和解決的典型問題：
- 互斥性問題。
- 冪等性問題。
今天我們就針對(duì)這兩個(gè)問題來進(jìn)行分析探討。
1、并發(fā)訪問互斥問題
先看一個(gè)常見的例子：
例1：某服務(wù)記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)X，當(dāng)前值為100。A請(qǐng)求需要將X增加200；同時(shí)，B請(qǐng)求需要將X減100。
在理想的情況下，A先讀取到X=100，然后X增加200，最后寫入X=300。B請(qǐng)求接著從讀取X=300，減少100，最后寫入X=200。
然而在真實(shí)情況下，如果不做任何處理，則可能會(huì)出現(xiàn)：A和B同時(shí)讀取到X=100；A寫入之前B讀取到X；B比A先寫入等情況。
以上的這個(gè)例子是典型的存在操作互斥性的問題，互斥性問題用通俗的話來講，就是對(duì)共享資源的搶占問題。如果不同的請(qǐng)求對(duì)同一個(gè)或者同一組資源讀取并修改時(shí)，無法保證按序執(zhí)行，無法保證一個(gè)操作的原子性，那么就很有可能會(huì)出現(xiàn)預(yù)期外的情況。因此操作的互斥性問題，也可以理解為一個(gè)需要保證時(shí)序性、原子性的問題。
在傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)中，對(duì)于數(shù)據(jù)的搶占問題往往是通過數(shù)據(jù)庫事務(wù)（ACID）來保證的。在分布式環(huán)境中，出于對(duì)性能以及一致性敏感度的要求，使得分布式鎖成為了一種比較常見而高效的解決方案。事實(shí)上，操作互斥性問題也并非分布式環(huán)境所獨(dú)有，在傳統(tǒng)的多線程、多進(jìn)程情況下已經(jīng)有了很好的解決方案。因此在研究分布式鎖之前，我們先來分析下這兩種情況的解決方案，以期能夠?qū)Ψ植际芥i的解決方案提供一些實(shí)現(xiàn)思路。
1.1 多線程環(huán)境解決方案及原理
基本上所有的并發(fā)模式在解決線程沖突問題的時(shí)候，都是采用序列化訪問共享資源的方案。
在多線程環(huán)境中，線程之間因?yàn)楣靡恍┐鎯?chǔ)空間，沖突問題時(shí)有發(fā)生。解決沖突問題最普遍的方式就是用互斥鎖把該資源或?qū)υ撡Y源的操作保護(hù)起來。
Java JDK中提供了兩種互斥鎖Lock和synchronized。不同的線程之間對(duì)同一資源進(jìn)行搶占，該資源通常表現(xiàn)為某個(gè)類的普通成員變量。因此，利用ReentrantLock或者synchronized將共享的變量及其操作鎖住，即可基本解決資源搶占的問題。下面來簡單聊一聊兩者的實(shí)現(xiàn)原理。
1.2 多線程環(huán)境實(shí)現(xiàn)原理
1.2.1 ReentrantLock
ReentrantLock主要利用CAS+CLH隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)。它支持公平鎖和非公平鎖，兩者的實(shí)現(xiàn)類似。
- CAS：Compare and Swap，比較并交換。CAS有3個(gè)操作數(shù)：內(nèi)存值V、預(yù)期值A(chǔ)、要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí)，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。該操作是一個(gè)原子操作，被廣泛的應(yīng)用在Java的底層實(shí)現(xiàn)中。在Java中，CAS主要是由sun.misc.Unsafe這個(gè)類通過JNI調(diào)用CPU底層指令實(shí)現(xiàn)。
- CLH隊(duì)列：帶頭結(jié)點(diǎn)的雙向非循環(huán)鏈表。
ReentrantLock的基本實(shí)現(xiàn)可以概括為：先通過CAS嘗試獲取鎖。如果此時(shí)已經(jīng)有線程占據(jù)了鎖，那就加入CLH隊(duì)列并且被掛起。當(dāng)鎖被釋放之后，排在CLH隊(duì)列隊(duì)首的線程會(huì)被喚醒，然后CAS再次嘗試獲取鎖。在這個(gè)時(shí)候，如果：
- 非公平鎖：如果同時(shí)還有另一個(gè)線程進(jìn)來嘗試獲取，那么有可能會(huì)讓這個(gè)線程搶先獲??；
- 公平鎖：如果同時(shí)還有另一個(gè)線程進(jìn)來嘗試獲取，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)自己不是在隊(duì)首的話，就會(huì)排到隊(duì)尾，由隊(duì)首的線程獲取到鎖。
下面分析下兩個(gè)片段：
inal boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}在嘗試獲取鎖的時(shí)候，會(huì)先調(diào)用上面的方法。如果狀態(tài)為0，則表明此時(shí)無人占有鎖。此時(shí)嘗試進(jìn)行set，一旦成功，則成功占有鎖。如果狀態(tài)不為0，再判斷是否是當(dāng)前線程獲取到鎖。如果是的話，將狀態(tài)+1，因?yàn)榇藭r(shí)就是當(dāng)前線程，所以不用CAS。這也就是可重入鎖的實(shí)現(xiàn)原理。
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}該方法是在嘗試獲取鎖失敗加入CHL隊(duì)尾之后，如果發(fā)現(xiàn)前序節(jié)點(diǎn)是head，則CAS再嘗試獲取一次。否則，則會(huì)根據(jù)前序節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)判斷是否需要阻塞。如果需要阻塞，則調(diào)用LockSupport的park方法阻塞該線程。
1.2.2 synchronized
在Java語言中存在兩種內(nèi)建的synchronized語法：synchronized語句、synchronized方法。
- synchronized語句：當(dāng)源代碼被編譯成字節(jié)碼的時(shí)候，會(huì)在同步塊的入口位置和退出位置分別插入monitorenter和monitorexit字節(jié)碼指令;
- synchronized方法：在Class文件的方法表中將該方法的access_flags字段中的synchronized標(biāo)志位置1。這個(gè)在specification中沒有明確說明。
通過上面的一些了解，我們可以概括出解決互斥性問題，即資源搶占的基本方式為：
對(duì)共享資源的操作前后（進(jìn)入退出臨界區(qū)）加解鎖，保證不同線程或進(jìn)程可以互斥有序的操作資源。
加解鎖方式，有顯式的加解鎖，如ReentrantLock或信號(hào)量；也有隱式的加解鎖，如synchronized。那么在分布式環(huán)境中，為了保證不同JVM不同主機(jī)間不會(huì)出現(xiàn)資源搶占，那么同樣只要對(duì)臨界區(qū)加解鎖就可以了。
然而在多線程和多進(jìn)程中，鎖已經(jīng)有比較完善的實(shí)現(xiàn)，直接使用即可。但是在分布式環(huán)境下，就需要我們自己來實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
1.3 分布式環(huán)境下的解決方案-分布式鎖
1.3.1 分布式鎖條件
再回顧下多線程和多進(jìn)程環(huán)境下的鎖，可以發(fā)現(xiàn)鎖的實(shí)現(xiàn)有很多共通之處，它們都需要滿足一些最基本的條件：
1. 需要有存儲(chǔ)鎖的空間，并且鎖的空間是可以訪問到的。
2. 鎖需要被唯一標(biāo)識(shí)。
3. 鎖要有至少兩種狀態(tài)。
仔細(xì)分析這三個(gè)條件：
存儲(chǔ)空間
鎖是一個(gè)抽象的概念，鎖的實(shí)現(xiàn)，需要依存于一個(gè)可以存儲(chǔ)鎖的空間。在多線程中是內(nèi)存，在多進(jìn)程中是內(nèi)存或者磁盤。更重要的是，這個(gè)空間是可以被訪問到的。多線程中，不同的線程都可以訪問到堆中的成員變量；在多進(jìn)程中，不同的進(jìn)程可以訪問到共享內(nèi)存中的數(shù)據(jù)或者存儲(chǔ)在磁盤中的文件。但是在分布式環(huán)境中，不同的主機(jī)很難訪問對(duì)方的內(nèi)存或磁盤。這就需要一個(gè)都能訪問到的外部空間來作為存儲(chǔ)空間。
最普遍的外部存儲(chǔ)空間就是數(shù)據(jù)庫了，事實(shí)上也確實(shí)有基于數(shù)據(jù)庫做分布式鎖（行鎖、version樂觀鎖），如quartz集群架構(gòu)中就有所使用。除此以外，還有各式緩存如Redis、Tair、Memcached、MongoDB，當(dāng)然還有專門的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)Zookeeper，甚至是另一臺(tái)主機(jī)。只要可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、鎖在其中可以被多主機(jī)訪問到，那就可以作為分布式鎖的存儲(chǔ)空間。
唯一標(biāo)識(shí)
不同的共享資源，必然需要用不同的鎖進(jìn)行保護(hù)，因此相應(yīng)的鎖必須有唯一的標(biāo)識(shí)。在多線程環(huán)境中，鎖可以是一個(gè)對(duì)象，那么對(duì)這個(gè)對(duì)象的引用便是這個(gè)唯一標(biāo)識(shí)。多進(jìn)程環(huán)境中，信號(hào)量在共享內(nèi)存中也是由引用來作為唯一的標(biāo)識(shí)。但是如果不在內(nèi)存中，失去了對(duì)鎖的引用，如何唯一標(biāo)識(shí)它呢？上文提到的有名信號(hào)量，便是用硬盤中的文件名作為唯一標(biāo)識(shí)。因此，在分布式環(huán)境中，只要給這個(gè)鎖設(shè)定一個(gè)名稱，并且保證這個(gè)名稱是全局唯一的，那么就可以作為唯一標(biāo)識(shí)。
至少兩種狀態(tài)
為了給臨界區(qū)加鎖和解鎖，需要存儲(chǔ)兩種不同的狀態(tài)。如ReentrantLock中的status，0表示沒有線程競(jìng)爭，大于0表示有線程競(jìng)爭；信號(hào)量大于0表示可以進(jìn)入臨界區(qū)，小于等于0則表示需要被阻塞。因此只要在分布式環(huán)境中，鎖的狀態(tài)有兩種或以上：如有鎖、沒鎖；存在、不存在等，均可以實(shí)現(xiàn)。
有了這三個(gè)條件，基本就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的分布式鎖了。
下面以數(shù)據(jù)庫為例，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的分布式鎖：
數(shù)據(jù)庫表，字段為鎖的ID（唯一標(biāo)識(shí)），鎖的狀態(tài)（0表示沒有被鎖，1表示被鎖）。
lock = mysql.get(id);
while(lock.status == 1) {
sleep(100);
}
mysql.update(lock.status = 1);
doSomething();
mysql.update(lock.status = 0);問題
以上的方式即可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)粗糙的分布式鎖，但是這樣的實(shí)現(xiàn)，有沒有什么問題呢？
問題1：鎖狀態(tài)判斷原子性無法保證
從讀取鎖的狀態(tài)，到判斷該狀態(tài)是否為被鎖，需要經(jīng)歷兩步操作。如果不能保證這兩步的原子性，就可能導(dǎo)致不止一個(gè)請(qǐng)求獲取到了鎖，這顯然是不行的。因此，我們需要保證鎖狀態(tài)判斷的原子性。
問題2：網(wǎng)絡(luò)斷開或主機(jī)宕機(jī)，鎖狀態(tài)無法清除
假設(shè)在主機(jī)已經(jīng)獲取到鎖的情況下，突然出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)斷開或者主機(jī)宕機(jī)，如果不做任何處理該鎖將仍然處于被鎖定的狀態(tài)。那么之后所有的請(qǐng)求都無法再成功搶占到這個(gè)鎖。因此，我們需要在持有鎖的主機(jī)宕機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)斷開的時(shí)候，及時(shí)的釋放掉這把鎖。
問題3：無法保證釋放的是自己上鎖的那把鎖
在解決了問題2的情況下再設(shè)想一下，假設(shè)持有鎖的主機(jī)A在臨界區(qū)遇到網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)斷開，分布式鎖及時(shí)的釋放掉了這把鎖。之后，另一個(gè)主機(jī)B占有了這把鎖，但是此時(shí)主機(jī)A網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，退出臨界區(qū)時(shí)解鎖。由于都是同一把鎖，所以A就會(huì)將B的鎖解開。此時(shí)如果有第三個(gè)主機(jī)嘗試搶占這把鎖，也將會(huì)成功獲得。因此，我們需要在解鎖時(shí)，確定自己解的這個(gè)鎖正是自己鎖上的。
進(jìn)階條件
如果分布式鎖的實(shí)現(xiàn)，還能再解決上面的三個(gè)問題，那么就可以算是一個(gè)相對(duì)完整的分布式鎖了。然而，在實(shí)際的系統(tǒng)環(huán)境中，還會(huì)對(duì)分布式鎖有更高級(jí)的要求。
1. 可重入：線程中的可重入，指的是外層函數(shù)獲得鎖之后，內(nèi)層也可以獲得鎖，ReentrantLock和synchronized都是可重入鎖；衍生到分布式環(huán)境中，一般仍然指的是線程的可重入，在絕大多數(shù)分布式環(huán)境中，都要求分布式鎖是可重入的。
2. 驚群效應(yīng)（Herd Effect）：在分布式鎖中，驚群效應(yīng)指的是，在有多個(gè)請(qǐng)求等待獲取鎖的時(shí)候，一旦占有鎖的線程釋放之后，如果所有等待的方都同時(shí)被喚醒，嘗試搶占鎖。但是這樣的情況會(huì)造成比較大的開銷，那么在實(shí)現(xiàn)分布式鎖的時(shí)候，應(yīng)該盡量避免驚群效應(yīng)的產(chǎn)生。
3. 公平鎖和非公平鎖：不同的需求，可能需要不同的分布式鎖。非公平鎖普遍比公平鎖開銷小。但是業(yè)務(wù)需求如果必須要鎖的競(jìng)爭者按順序獲得鎖，那么就需要實(shí)現(xiàn)公平鎖。
4. 阻塞鎖和自旋鎖：針對(duì)不同的使用場(chǎng)景，阻塞鎖和自旋鎖的效率也會(huì)有所不同。阻塞鎖會(huì)有上下文切換，如果并發(fā)量比較高且臨界區(qū)的操作耗時(shí)比較短，那么造成的性能開銷就比較大了。但是如果臨界區(qū)操作耗時(shí)比較長，一直保持自旋，也會(huì)對(duì)CPU造成更大的負(fù)荷。
保留以上所有問題和條件，我們接下來看一些比較典型的實(shí)現(xiàn)方案。
1.3.2 分布式鎖的典型實(shí)現(xiàn)
ZooKeeper的實(shí)現(xiàn)
ZooKeeper（以下簡稱"ZK"）中有一種節(jié)點(diǎn)叫做順序節(jié)點(diǎn)，假如我們?cè)?lock/目錄下創(chuàng)建3個(gè)節(jié)點(diǎn)，ZK集群會(huì)按照發(fā)起創(chuàng)建的順序來創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)分別為/lock/0000000001、/lock/0000000002、/lock/0000000003。
ZK中還有一種名為臨時(shí)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，臨時(shí)節(jié)點(diǎn)由某個(gè)客戶端創(chuàng)建，當(dāng)客戶端與ZK集群斷開連接，則該節(jié)點(diǎn)自動(dòng)被刪除。EPHEMERAL_SEQUENTIAL為臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)ZK中節(jié)點(diǎn)是否存在，可以作為分布式鎖的鎖狀態(tài)，以此來實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式鎖，下面是分布式鎖的基本邏輯：
- 客戶端調(diào)用create()方法創(chuàng)建名為"/dlm-locks/lockname/lock-"的臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)。
- 客戶端調(diào)用getChildren("lockname")方法來獲取所有已經(jīng)創(chuàng)建的子節(jié)點(diǎn)。
- 客戶端獲取到所有子節(jié)點(diǎn)path之后，如果發(fā)現(xiàn)自己在步驟1中創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)是所有節(jié)點(diǎn)中序號(hào)最小的，那么就認(rèn)為這個(gè)客戶端獲得了鎖。
- 如果創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)不是所有節(jié)點(diǎn)中需要最小的，那么則監(jiān)視比自己創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)的序列號(hào)小的最大的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入等待。直到下次監(jiān)視的子節(jié)點(diǎn)變更的時(shí)候，再進(jìn)行子節(jié)點(diǎn)的獲取，判斷是否獲取鎖。
釋放鎖的過程相對(duì)比較簡單，就是刪除自己創(chuàng)建的那個(gè)子節(jié)點(diǎn)即可，不過也仍需要考慮刪除節(jié)點(diǎn)失敗等異常情況。
Redis的實(shí)現(xiàn)
Redis的分布式緩存特性使其成為了分布式鎖的一種基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)。通過Redis中是否存在某個(gè)鎖ID，則可以判斷是否上鎖。為了保證判斷鎖是否存在的原子性，保證只有一個(gè)線程獲取同一把鎖，Redis有SETNX（即SET if Not
eXists）和GETSET（先寫新值，返回舊值，原子性操作，可以用于分辨是不是首次操作）操作。
為了防止主機(jī)宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)斷開之后的死鎖，Redis沒有ZK那種天然的實(shí)現(xiàn)方式，只能依賴設(shè)置超時(shí)時(shí)間來規(guī)避。
以下是一種比較普遍但不太完善的Redis分布式鎖的實(shí)現(xiàn)步驟（與下圖一一對(duì)應(yīng)）：
- 線程A發(fā)送SETNX lock.orderid嘗試獲得鎖，如果鎖不存在，則set并獲得鎖。
- 如果鎖存在，則再判斷鎖的值（時(shí)間戳）是否大于當(dāng)前時(shí)間，如果沒有超時(shí)，則等待一下再重試。
- 如果已經(jīng)超時(shí)了，在用GETSET lock.{orderid}來嘗試獲取鎖，如果這時(shí)候拿到的時(shí)間戳仍舊超時(shí)，則說明已經(jīng)獲得鎖了。
- 如果在此之前，另一個(gè)線程C快一步執(zhí)行了上面的操作，那么A拿到的時(shí)間戳是個(gè)未超時(shí)的值，這時(shí)A沒有如期獲得鎖，需要再次等待或重試。
該實(shí)現(xiàn)還有一個(gè)需要考慮的問題是全局時(shí)鐘問題，由于生產(chǎn)環(huán)境主機(jī)時(shí)鐘不能保證完全同步，對(duì)時(shí)間戳的判斷也可能會(huì)產(chǎn)生誤差。
2、冪等性問題
冪等（idempotent）是一個(gè)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)概念，常見于抽象代數(shù)中。
所謂冪等，簡單地說，就是對(duì)接口的多次調(diào)用所產(chǎn)生的結(jié)果和調(diào)用一次是一致的，多次調(diào)用方法或者接口不會(huì)改變業(yè)務(wù)狀態(tài)，可以保證重復(fù)調(diào)用的結(jié)果和單次調(diào)用的結(jié)果一致。擴(kuò)展一下，這里的接口，可以理解為對(duì)外發(fā)布的HTTP接口或者dubbo接口，也可以是接收消息的內(nèi)部接口，甚至是一個(gè)內(nèi)部方法或操作。使用冪等性的場(chǎng)景有如下：
1. 前端重復(fù)提交，如在App中下訂單的時(shí)候，點(diǎn)擊確認(rèn)之后，沒反應(yīng)，就又點(diǎn)擊了幾次。在這種情況下，如果無法保證該接口的冪等性，那么將會(huì)出現(xiàn)重復(fù)下單問題。
2.接口超時(shí)重試，對(duì)于給第三方調(diào)用的接口，有可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原因而調(diào)用失敗，這時(shí)，一般在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)對(duì)接口調(diào)用加上失敗重試的機(jī)制。如果第一次調(diào)用已經(jīng)執(zhí)行了一半時(shí)，發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)異常。這時(shí)再次調(diào)用時(shí)就會(huì)因?yàn)榕K數(shù)據(jù)的存在而出現(xiàn)調(diào)用異常。
3.消息重復(fù)消費(fèi)，在使用消息中間件來處理消息隊(duì)列，且手動(dòng) ack 確認(rèn)消息被正常消費(fèi)時(shí)。如果消費(fèi)者突然斷開連接，那么已經(jīng)執(zhí)行了一半的消息會(huì)重新放回隊(duì)列。當(dāng)消息被其他消費(fèi)者重新消費(fèi)時(shí)，如果沒有冪等性，就會(huì)導(dǎo)致消息重復(fù)消費(fèi)時(shí)結(jié)果異常，如數(shù)據(jù)庫重復(fù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)沖突，資源重復(fù)等。
在分布式環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更加復(fù)雜，因前端操作抖動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)故障、消息重復(fù)、響應(yīng)速度慢等原因，對(duì)接口的重復(fù)調(diào)用概率會(huì)比集中式環(huán)境下更大，尤其是重復(fù)消息在分布式環(huán)境中很難避免。以下是冪等控制的集中解決方案：
2.1 token 機(jī)制實(shí)現(xiàn)
通過token 機(jī)制實(shí)現(xiàn)接口的冪等性,這是一種比較通用性的實(shí)現(xiàn)方法。
示意圖如下：
具體流程步驟：
1. 客戶端會(huì)先發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求去獲取 token，服務(wù)端會(huì)生成一個(gè)全局唯一的 ID 作為 token 保存在 redis 中，同時(shí)把這個(gè) ID 返回給客戶端。
2. 客戶端第二次調(diào)用業(yè)務(wù)請(qǐng)求的時(shí)候必須攜帶這個(gè) token。
3. 服務(wù)端會(huì)校驗(yàn)這個(gè) token，如果校驗(yàn)成功，則執(zhí)行業(yè)務(wù)，并刪除 redis 中的 token。
4. 如果校驗(yàn)失敗，說明 redis 中已經(jīng)沒有對(duì)應(yīng)的 token，則表示重復(fù)操作，直接返回指定的結(jié)果給客戶端
2.2 基于 mysql 實(shí)現(xiàn)
這種實(shí)現(xiàn)方式是利用 mysql 唯一索引的特性。示意圖如下：
具體流程步驟：
1. 建立一張去重表，其中某個(gè)字段需要建立唯一索引
2. 客戶端去請(qǐng)求服務(wù)端，服務(wù)端會(huì)將這次請(qǐng)求的一些信息插入這張去重表中
3. 因?yàn)楸碇心硞€(gè)字段帶有唯一索引，如果插入成功，證明表中沒有這次請(qǐng)求的信息，則執(zhí)行后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯
4. 如果插入失敗，則代表已經(jīng)執(zhí)行過當(dāng)前請(qǐng)求，直接返回。
2.3 基于 redis 實(shí)現(xiàn)
這種實(shí)現(xiàn)方式是基于 SETNX 命令實(shí)現(xiàn)的。
SETNX key value：將 key 的值設(shè)為 value ，當(dāng)且僅當(dāng) key 不存在。若給定的 key 已經(jīng)存在，則 SETNX 不做任何動(dòng)作。該命令在設(shè)置成功時(shí)返回 1，設(shè)置失敗時(shí)返回 0。示意圖如下：
具體流程步驟：
1. 客戶端先請(qǐng)求服務(wù)端，會(huì)拿到一個(gè)能代表這次請(qǐng)求業(yè)務(wù)的唯一字段
2. 將該字段以 SETNX 的方式存入 redis 中，并根據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)置相應(yīng)的超時(shí)時(shí)間
3. 如果設(shè)置成功，證明這是第一次請(qǐng)求，則執(zhí)行后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯
4. 如果設(shè)置失敗，則代表已經(jīng)執(zhí)行過當(dāng)前請(qǐng)求，直接返回
3、結(jié)語
在分布式環(huán)境中，操作互斥性問題和冪等性問題非常普遍。經(jīng)過分析，我們找出了解決這兩個(gè)問題的基本思路和實(shí)現(xiàn)原理，并給出了具體的解決方案。
針對(duì)操作互斥性問題，常見的做法便是通過分布式鎖來處理對(duì)共享資源的搶占。分布式鎖的實(shí)現(xiàn)，很大程度借鑒了多線程和多進(jìn)程環(huán)境中的互斥鎖的實(shí)現(xiàn)原理。只要滿足一些存儲(chǔ)方面的基本條件，并且能夠解決如網(wǎng)絡(luò)斷開等異常情況，那么就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式鎖。
針對(duì)操作冪等性問題，我們可以通過防止重復(fù)操作來間接的實(shí)現(xiàn)接口的冪等性，這幾種實(shí)現(xiàn)冪等的方式其實(shí)都是大同小異的?？傊?，當(dāng)你去設(shè)計(jì)一個(gè)接口的時(shí)候，冪等都是首要考慮的問題，特別是當(dāng)你負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)賬、支付這種涉及到 money 的接口，都需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)接口操作的冪等性問題。
新聞標(biāo)題：分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的并發(fā)訪問解決方案
本文來源：http://m.fisionsoft.com.cn/article/dhjoiio.html
