面试题答案
一键面试原理
- 分布式锁：利用分布式系统中一致性协议（如 Paxos、Raft）来选举出一个节点作为锁的持有者。只有持有锁的节点才能访问共享资源，这样就避免了多个节点同时访问共享资源导致的冲突。
- 时间戳排序：为每个对共享资源的访问请求分配一个全局唯一的时间戳。系统按照时间戳的顺序来处理这些请求，从而保证共享资源的访问顺序性，避免冲突。
实现方式
- 基于分布式锁的实现
- 选举算法：采用 Raft 算法，各个节点通过心跳机制保持联系，当 leader 节点出现故障时，其他节点能够快速选举出新的 leader 作为锁的持有者。
- 锁的获取与释放：节点请求访问共享资源时，向 leader 节点发送获取锁的请求。leader 节点维护一个锁的状态表，记录哪些锁正在被占用，哪些可以分配。当节点完成对共享资源的访问后，向 leader 节点发送释放锁的请求，leader 更新锁状态表。
- 基于时间戳排序的实现
- 时间戳分配：可以由一个中心服务器专门负责分配全局唯一时间戳，每个节点在发起对共享资源的访问请求前，先向该中心服务器获取时间戳。也可以利用分布式系统中节点自身的时钟，通过一定的同步算法（如 NTP）确保时间戳在一定程度上的全局一致性。
- 请求处理：各个节点将带有时间戳的请求发送到共享资源所在的节点或处理中心。接收方按照时间戳的先后顺序依次处理请求，从而保证共享资源的有序访问。
与现有系统兼容
- 接口兼容：设计新的临界区保护机制时，提供与现有临界区保护机制类似的接口，例如
enterCriticalSection()和exitCriticalSection()这样的函数接口。应用程序在调用这些接口时，不需要进行大规模的代码修改，只需要根据新机制的部署方式，可能需要调整一些配置参数。 - 分层架构：将新的临界区保护机制设计成一个独立的层次，位于应用程序和现有操作系统内核之间。这样，对于现有操作系统内核来说，它只需要与这个新的层次进行交互，而不需要对内核本身进行大规模的修改。同时，应用程序通过新层次提供的接口来访问共享资源，从而实现与现有系统的兼容。
优势分析
- 性能优势
- 分布式锁：相比传统临界区保护机制，在分布式环境下，分布式锁减少了集中式管理带来的瓶颈。因为锁的管理分散在多个节点（通过选举产生 leader 来管理锁），多个节点可以并行地处理锁相关的请求，而不是像传统机制那样所有请求都集中在一个核心处理单元，从而提高了整体性能。
- 时间戳排序：由于按照时间戳顺序处理请求，避免了节点之间频繁的同步等待。节点在获取时间戳后可以继续执行其他任务，而不是像传统临界区保护机制那样在等待进入临界区时处于阻塞状态，从而提高了系统的并发性能。
- 可扩展性优势
- 分布式锁：随着分布式系统中节点数量的增加，Raft 算法能够很好地适应节点的动态加入和退出。新加入的节点可以参与选举，从而分担锁管理的负载。而且锁的管理是基于分布式的，不会因为节点数量的增加而导致某个集中式组件的负载过高，所以具有良好的可扩展性。
- 时间戳排序：时间戳的分配可以通过分布式的方式实现，例如多个时间戳分配服务器共同工作。并且按照时间戳顺序处理请求的方式不需要复杂的全局状态维护，每个节点只需要按照本地接收到的请求时间戳顺序处理即可，所以在系统规模扩大时，更容易扩展。
- 容错性优势
- 分布式锁：基于 Raft 算法的选举机制，当当前持有锁的 leader 节点出现故障时，其他节点能够快速选举出新的 leader 继续管理锁，保证对共享资源的访问控制不中断。而且在选举过程中，系统仍然可以正常运行，部分节点可以继续处理已获取锁的共享资源访问请求，从而提高了系统的容错性。
- 时间戳排序：如果某个节点出现故障，其他节点不受影响，仍然可以按照时间戳顺序处理请求。而且由于时间戳的全局唯一性和顺序性，即使故障节点恢复后重新加入系统，也能够按照正确的顺序处理其之前积压的请求，不会导致共享资源访问冲突，提高了系统的容错能力。