AOP 实现分布式锁

在web项目开发过程中，经常会遇到分布式资源控制的场景，通过加锁从而保证资源访问的互斥性。本文主要介绍在没有redis情况下通过mysql进行分布式锁的实现。

场景：

线程A与线程B执行前需要判断资源R的状态，当R的状态为1时，则可以执行，当R的状态为0时，则不容许执行，且同一时刻只容许一个线程执行。线程执行时资源R状态置0，线程执行结束后R状态重新置1.

上述场景中，若不对资源R进行互斥访问，则可能出现A、B线程同时访问资源R时且发现资源状态为1，从而都启动执行无法满足系统要求。

当资源R状态的获取和资源状态R的置位需要操作mysql进行实现时，我们则需要将查找和更新操作作为原子性操作，这种情况下，我们会考虑到事务，事务有如下几种隔离级别：

public enum Isolation {  DEFAULT(-1),READ_UNCOMMITTED(1),READ_COMMITTED(2),REPEATABLE_READ(4),SERIALIZABLE(8);
}

而通常在web项目配置过程中，事务的隔离级别为READ_COMMITTED(2)，可以避免脏读，依旧无法避免不可重复读。因此不可避免的需要将查找和更新操作进行加锁，同一时刻只允许一个线程访问操作。

AOP 实现

1.定义DB锁接口

public interface DBLock {/*** 加锁** @param timeout 超时时间* @param expireTime 过期时间* @param timeUnit 时间单位* @return 是否加锁成功*/default boolean lock(long timeout, long expireTime, TimeUnit timeUnit) {throw new ServerException("unimplemented function");}/*** 释放锁*/default void unlock() {throw new ServerException("unimplemented function");}
}

2.可重复锁实现

@Slf4j
public class DBReentrantLock implements DBLock {/*** 锁资源*/private LockService lockService;/*** 锁路径*/private String lockPath;/*** 可重入数量*/@Getterprivate int count = 0;/*** 过期时间*/@Getterprivate long expireTime = 0;DBReentrantLock(LockService lockService, String lockPath) {this.lockService = lockService;this.lockPath = lockPath;this.count = 0;}/*** 获取锁** @param timeout 超时时间* @param expireTime 过期时间* @param timeUnit 时间单位* @return 是否获取到锁*/@Overridepublic boolean lock(long timeout, long expireTime, TimeUnit timeUnit) {try {// 已获得锁if (this.count > 0) {this.count++;return true;}if (timeout < 0) {return false;}lockService.clearExpired();if (lockService.lock(lockPath, timeUnit.toMillis(expireTime))) {this.count = 1;this.expireTime = System.currentTimeMillis() + timeUnit.toMillis(expireTime);return true;}// 获取锁是不等待if (timeout == 0) {return false;}long threshold = timeUnit.toMillis(timeout) + System.currentTimeMillis();while (System.currentTimeMillis() < threshold) {// 清除过期锁lockService.clearExpired();if (lockService.lock(lockPath, timeUnit.toMillis(timeout))) {this.count = 1;this.expireTime = System.currentTimeMillis() + timeUnit.toMillis(expireTime);return true;}try {Thread.sleep(200);} catch (Exception ignored) {};}return false;} catch (Exception e) {log.error("can not acquire {} lock, unknown error happened", lockPath, e);throw new ServerException("this should not happened", e);}}/*** 释放锁*/@Overridepublic void unlock() {try {this.count--;if (this.count == 0) {this.expireTime = 0;this.lockService.release(lockPath);}log.debug("release {} lock successfully", lockPath);} catch (Exception e) {log.error("can not release {} lock, unknown error happened", lockPath, e);}}}

3.锁上下文实现

@Slf4j
@Component
public class LockContext {@Autowiredprivate LockService lockService;/*** 锁池*/private ThreadLocal<Map<String, DBReentrantLock>> lockPool = ThreadLocal.withInitial(Maps::newHashMap);/*** 获取可重入锁** @param key 锁key* @return DB锁*/public DBLock getReentrantLock(String key) {String lockPath = this.getLockPath(LockType.REENTRANT_LOCK, key);try {Map<String, DBReentrantLock> lockPool = this.lockPool.get();DBReentrantLock lock = lockPool.get(lockPath);// 锁已过期，则清理if (null != lock) {if (lock.getExpireTime() < System.currentTimeMillis()) {lockPool.remove(lockPath);} else {return lock;}}lock = new DBReentrantLock(lockService, lockPath);lockPool.put(lockPath, lock);return lock;} catch (Exception e) {log.error("fail to get lock, key is {}", key, e);throw new ServerException("this should not happen", e);}}/*** 获取锁路径** @param lockType 锁类型* @param key 锁key* @return 锁路径*/private String getLockPath(LockType lockType, String key) {return new StringBuilder().append("/").append(lockType.toString()).append("/").append(key).toString();}
}

4.锁行为注解

/*** 锁行为** @author ginger* @create 2019-11-06 10:29 下午*/
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
public @interface LockAction {/*** 锁资源，支持Spring EL表达式*/String key() default "'default'";/*** 锁类型，默认可重入锁*/LockType lockType() default LockType.REENTRANT_LOCK;/*** 获取锁的等待时间，默认10秒，单位对应unit()*/long waitTime() default 10000L;/*** 锁过期时间，默认1分钟，单位对应unit()*/long expireTime() default 60000L;/*** 时间单位，默认毫秒*/TimeUnit unit() default TimeUnit.MILLISECONDS;}

5.锁切面实现

@Slf4j
@Aspect
@Order(100)
@Component
public class LockAspect {@Autowiredprivate LockContext lockContext;/*** Spring EL表达式解析器*/final private ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();final private LocalVariableTableParameterNameDiscoverer discoverer =new LocalVariableTableParameterNameDiscoverer();@Around("@annotation(com.netease.hz.bdms.ed.service.lock.LockAction)")public Object around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {Method method = ((MethodSignature) pjp.getSignature()).getMethod();LockAction lockAction = method.getAnnotation(LockAction.class);String spel = lockAction.key();Object[] args = pjp.getArgs();String key = parse(spel, method, args);DBLock lock = lockContext.getReentrantLock(key);if (lockAction.lockType() != LockType.REENTRANT_LOCK) {throw new LockFailureException("unsupported lock type, key is " + key);}if (!lock.lock(lockAction.waitTime(), lockAction.expireTime(), lockAction.unit())) {log.debug("acquire lock unsuccessfully, key is {}", key);throw new LockFailureException("acquire lock unsuccessfully, key is " + key);}log.debug("acquire lock successfully, key is {}", key);try {return pjp.proceed();} finally {lock.unlock();}}private String parse(String spel, Method method, Object[] args) {String[] params = discoverer.getParameterNames(method);EvaluationContext context = new StandardEvaluationContext();if (null != params) {for (int i = 0; i < params.length; i++) {context.setVariable(params[i], args[i]);}}return parser.parseExpression(spel).getValue(context, String.class);}}

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