Spring Boot基于数据库如何实现简单的分布式锁

1.简介

分布式锁的方式有很多种，通常方案有：

• 基于mysql数据库
• 基于redis
• 基于ZooKeeper

网上的实现方式有很多，本文主要介绍的是如果使用mysql实现简单的分布式锁，加锁流程如下图：

其实大致思想如下：

1.根据一个值来获取锁（也就是我这里的tag），如果当前不存在锁，那么在数据库插入一条记录，然后进行处理业务，当结束，释放锁（删除锁）。

2.如果存在锁，判断锁是否过期，如果过期则更新锁的有效期，然后继续处理业务，当结束时，释放锁。如果没有过期，那么获取锁失败，退出。

2.数据库设计

2.1 数据表介绍

数据库表是由JPA自动生成的，稍后会对实体进行介绍，内容如下：

CREATE TABLE `lock_info` (
 `id` bigint(20) NOT NULL,
 `expiration_time` datetime NOT NULL,
 `status` int(11) NOT NULL,
 `tag` varchar(255) NOT NULL,
 PRIMARY KEY (`id`),
 UNIQUE KEY `uk_tag` (`tag`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

其中：

• id：主键
• tag：锁的标示，以订单为例，可以锁订单id
• expiration_time：过期时间
• status：锁状态，0，未锁，1，已经上锁

3.实现

本文使用SpringBoot 2.0.3.RELEASE，MySQL 8.0.16，ORM层使用的JPA。

3.1 pom

新建项目，在项目中加入jpa和mysql依赖，完整内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
 <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
 <parent>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
  <version>2.0.3.RELEASE</version>
  <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
 </parent>
 <groupId>com.dalaoyang</groupId>
 <artifactId>springboot2_distributed_lock_mysql</artifactId>
 <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
 <name>springboot2_distributed_lock_mysql</name>
 <description>springboot2_distributed_lock_mysql</description>

 <properties>
  <java.version>1.8</java.version>
 </properties>

 <dependencies>
  <dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
  </dependency>
  <dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
  </dependency>

  <dependency>
   <groupId>mysql</groupId>
   <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
   <scope>runtime</scope>
  </dependency>
  <dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
   <scope>test</scope>
  </dependency>

  <dependency>
   <groupId>org.projectlombok</groupId>
   <artifactId>lombok</artifactId>
   <version>1.16.22</version>
   <scope>provided</scope>
  </dependency>
 </dependencies>

 <build>
  <plugins>
   <plugin>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
   </plugin>
  </plugins>
 </build>

</project>

3.2 配置文件

配置文件配置了一下数据库信息和jpa的基本配置，如下：

server.port=20001

##数据库配置
##数据库地址
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/lock?characterEncoding=utf8&useSSL=false
##数据库用户名
spring.datasource.username=root
##数据库密码
spring.datasource.password=12345678
##数据库驱动
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.jdbc.Driver

##validate 加载hibernate时，验证创建数据库表结构
##create 每次加载hibernate，重新创建数据库表结构，这就是导致数据库表数据丢失的原因。
##create-drop  加载hibernate时创建，退出是删除表结构
##update     加载hibernate自动更新数据库结构
##validate 启动时验证表的结构，不会创建表
##none 启动时不做任何操作
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update

##控制台打印sql
spring.jpa.show-sql=true
##设置innodb
spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.MySQL5InnoDBDialect

3.3 实体类

实体类如下，这里给tag字段设置了唯一索引，防止重复插入相同的数据：

package com.dalaoyang.entity;

import lombok.Data;
import javax.persistence.*;
import java.util.Date;

@Data
@Entity
@Table(name = "LockInfo",
  uniqueConstraints={@UniqueConstraint(columnNames={"tag"},name = "uk_tag")})
public class Lock {

 public final static Integer LOCKED_STATUS = 1;
 public final static Integer UNLOCKED_STATUS = 0;

 /**
  * 主键id
  */
 @Id
 @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
 private Long id;

 /**
  * 锁的标示，以订单为例，可以锁订单id
  */
 @Column(nullable = false)
 private String tag;

 /**
  * 过期时间
  */
 @Column(nullable = false)
 private Date expirationTime;

 /**
  * 锁状态，0，未锁，1，已经上锁
  */
 @Column(nullable = false)
 private Integer status;

 public Lock(String tag, Date expirationTime, Integer status) {
  this.tag = tag;
  this.expirationTime = expirationTime;
  this.status = status;
 }

 public Lock() {
 }
}

3.4 repository

repository层只添加了两个简单的方法，根据tag查找锁和根据tag删除锁的操作，内容如下：

package com.dalaoyang.repository;

import com.dalaoyang.entity.Lock;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;

public interface LockRepository extends JpaRepository<Lock, Long> {

 Lock findByTag(String tag);

 void deleteByTag(String tag);
}

3.5 service

service接口定义了两个方法，获取锁和释放锁，内容如下：

package com.dalaoyang.service;

public interface LockService {

 /**
  * 尝试获取锁
  * @param tag 锁的键
  * @param expiredSeconds 锁的过期时间（单位：秒），默认10s
  * @return
  */
 boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds);

 /**
  * 释放锁
  * @param tag 锁的键
  */
 void unlock(String tag);
}

实现类对上面方法进行了实现，其内容与上述流程图中一致，这里不在做介绍，完整内容如下：

package com.dalaoyang.service.impl;

import com.dalaoyang.entity.Lock;
import com.dalaoyang.repository.LockRepository;
import com.dalaoyang.service.LockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Propagation;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import org.springframework.util.StringUtils;

import java.util.Calendar;
import java.util.Date;
import java.util.Objects;

@Service
public class LockServiceImpl implements LockService {

 private final Integer DEFAULT_EXPIRED_SECONDS = 10;

 @Autowired
 private LockRepository lockRepository;

 @Override
 @Transactional(rollbackFor = Throwable.class)
 public boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds) {
  if (StringUtils.isEmpty(tag)) {
   throw new NullPointerException();
  }
  Lock lock = lockRepository.findByTag(tag);
  if (Objects.isNull(lock)) {
   lockRepository.save(new Lock(tag, this.addSeconds(new Date(), expiredSeconds), Lock.LOCKED_STATUS));
   return true;
  } else {
   Date expiredTime = lock.getExpirationTime();
   Date now = new Date();
   if (expiredTime.before(now)) {
    lock.setExpirationTime(this.addSeconds(now, expiredSeconds));
    lockRepository.save(lock);
    return true;
   }
  }
  return false;
 }

 @Override
 @Transactional(rollbackFor = Throwable.class)
 public void unlock(String tag) {
  if (StringUtils.isEmpty(tag)) {
   throw new NullPointerException();
  }
  lockRepository.deleteByTag(tag);
 }

 private Date addSeconds(Date date, Integer seconds) {
  if (Objects.isNull(seconds)){
   seconds = DEFAULT_EXPIRED_SECONDS;
  }
  Calendar calendar = Calendar.getInstance();
  calendar.setTime(date);
  calendar.add(Calendar.SECOND, seconds);
  return calendar.getTime();
 }
}

3.6 测试类

创建了一个测试的controller进行测试，里面写了一个test方法，方法在获取锁的时候会sleep 2秒，便于我们进行测试。完整内容如下:

package com.dalaoyang.controller;

import com.dalaoyang.service.LockService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class TestController {

 @Autowired
 private LockService lockService;

 @GetMapping("/tryLock")
 public Boolean tryLock(String tag, Integer expiredSeconds) {
  return lockService.tryLock(tag, expiredSeconds);
 }

 @GetMapping("/unlock")
 public Boolean unlock(String tag) {
  lockService.unlock(tag);
  return true;
 }

 @GetMapping("/test")
 public String test(String tag, Integer expiredSeconds) {
  if (lockService.tryLock(tag, expiredSeconds)) {
   try {
    //do something
    //这里使用睡眠两秒，方便观察获取不到锁的情况
    Thread.sleep(2000);
   } catch (Exception e) {

   } finally {
    lockService.unlock(tag);
   }
   return "获取锁成功，tag是：" + tag;
  }
  return "当前tag：" + tag + "已经存在锁，请稍后重试！";
 }
}

3.测试

项目使用maven打包，分别使用两个端口启动，分别是20000和20001。

java -jar springboot2_distributed_lock_mysql-0.0.1-SNAPSHOT.jar --server.port=20001

java -jar springboot2_distributed_lock_mysql-0.0.1-SNAPSHOT.jar --server.port=20000

分别访问两个端口的项目，如图所示，只有一个请求可以获取锁。

4.总结

本案例实现的分布式锁只是一个简单的实现方案，还具备很多问题，不适合生产环境使用。

5.源码地址

源码地址：https://gitee.com/dalaoyang/springboot_learn/tree/master/springboot2_distributed_lock_mysql （本地下载）

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对我们的支持。