面试题：分布式系统中基于分布式锁实现分布式事务，简述常见的分布式锁实现方式及各自优缺点

Question

在分布式系统里，为实现分布式事务常借助分布式锁。请简要阐述如基于数据库、Redis、Zookeeper实现分布式锁的方式，并分析它们各自的优点和缺点。

Answer 1

基于数据库实现分布式锁

1. 实现方式：
   • 基于表记录：创建一张锁表，表中至少包含锁的标识字段（如业务唯一标识）和锁状态字段。当需要获取锁时，向表中插入一条记录，插入成功则获取锁，失败则说明锁已被占用。释放锁时，删除对应的记录。
   • 基于排他锁：使用数据库的排他锁（如MySQL的SELECT... FOR UPDATE语句），对特定的记录加锁。当事务执行SELECT... FOR UPDATE时，如果记录未被其他事务锁定，则当前事务获取锁，否则等待锁释放。
2. 优点：
   • 实现简单：对于熟悉数据库操作的开发者，基于数据库实现分布式锁的逻辑相对易懂。
   • 可靠性较高：数据库本身有持久化机制，数据不会因进程重启等原因丢失，锁的状态相对稳定。
3. 缺点：
   • 性能问题：数据库的读写性能通常不如内存型存储，频繁的锁操作会导致数据库压力增大，影响系统整体性能。
   • 锁的粒度问题：基于表记录方式锁粒度较粗，如果业务需要更细粒度的锁，实现起来比较复杂。基于排他锁方式虽然可以实现较细粒度锁，但会增加数据库事务管理的复杂度。
   • 单点故障：如果数据库出现故障，整个分布式锁服务将不可用。

基于Redis实现分布式锁

1. 实现方式：
   • SETNX命令：使用Redis的SETNX（SET if Not eXists）命令，当键不存在时，设置键的值。如果设置成功，表示获取到锁；设置失败，则说明锁已被其他客户端持有。释放锁时，使用DEL命令删除对应的键。
   • Redisson框架：Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格（In-Memory Data Grid）。它提供了更高级的分布式锁实现，支持公平锁、可重入锁等多种特性。例如，使用Redisson获取锁时，它会在后台自动续约锁的有效期，防止因业务执行时间过长导致锁自动释放。
2. 优点：
   • 性能高：Redis是内存型数据库，读写速度非常快，适合高并发场景下的锁操作。
   • 灵活性好：可以通过设置不同的键值对，轻松实现不同粒度的锁，并且可以方便地设置锁的过期时间，防止死锁。
3. 缺点：
   • 可靠性问题：如果Redis采用单节点部署，存在单点故障问题。虽然可以通过主从复制、哨兵模式或集群模式提高可靠性，但在某些情况下（如主从切换期间），可能会出现锁的误判（例如，客户端A在主节点获取了锁，还未同步到从节点，主节点故障，从节点升级为主节点，客户端B又获取到了相同的锁）。
   • 锁的续期问题：对于一些需要长时间持有锁的业务，如果使用简单的SETNX + DEL方式，需要手动处理锁的续期逻辑，否则可能因业务执行时间过长导致锁提前释放。

基于Zookeeper实现分布式锁

1. 实现方式：
   • 临时顺序节点：Zookeeper客户端在指定的锁目录下创建一个临时顺序节点。然后获取该目录下所有的子节点，并判断自己创建的节点是否是序号最小的节点。如果是，则获取到锁；否则，监听比自己序号小的前一个节点的删除事件。当前一个节点释放锁（即被删除）时，Zookeeper会通知等待的客户端，客户端再次判断自己是否是序号最小的节点，若是则获取锁。释放锁时，删除自己创建的临时节点。
2. 优点：
   • 可靠性高：Zookeeper采用的是分布式集群架构，通过多个节点的数据冗余和一致性协议（如ZAB协议）保证数据的一致性和可靠性，即使部分节点故障，也不影响整个集群的正常运行，从而保证锁服务的可靠性。
   • 天然支持公平锁：由于是基于顺序节点实现，先创建节点的客户端先获取锁，天然支持公平锁机制，避免了某些客户端长时间获取不到锁的情况。
3. 缺点：
   • 性能问题：Zookeeper主要用于协调服务，其写性能相对较低，因为每次写操作都需要通过ZAB协议进行数据同步，在高并发场景下，可能成为性能瓶颈。
   • 实现复杂：相比基于Redis和数据库实现分布式锁，基于Zookeeper实现分布式锁的逻辑较为复杂，需要处理节点的创建、监听、删除等多种操作。