面试题：Redis分布式锁细粒度化时，如何处理锁的竞争问题

Question

在Redis分布式锁细粒度化场景下，系统中可能会有多个线程或进程同时竞争锁资源。请阐述你所知道的处理锁竞争的方法，以及它们在这种场景下的优缺点。

Answer 1

处理锁竞争的方法及优缺点

1. 基于轮询的方式
   • 方法：当一个线程或进程获取锁失败后，按照一定的时间间隔不断尝试获取锁，直到成功获取锁。
   • 优点：实现简单，易于理解和实现。
   • 缺点：
     • 浪费系统资源，在不断轮询过程中会占用 CPU 资源，尤其在高并发场景下，大量无效的轮询会使系统性能下降。
     • 响应时间不确定，可能需要等待较长时间才能获取到锁，这对于对响应时间敏感的业务场景不太适用。
2. 使用队列
   • 方法：将获取锁失败的线程或进程放入一个队列中，当锁被释放时，按照队列的顺序依次唤醒等待的线程或进程来获取锁。
   • 优点：
     • 公平性好，能够保证每个请求按照顺序获取锁，避免某些请求长时间等待。
     • 相比轮询方式，不会造成大量无效的资源消耗，因为等待的线程或进程处于等待状态，不会占用 CPU 资源。
   • 缺点：
     • 实现相对复杂，需要额外维护一个队列数据结构以及相关的入队、出队操作逻辑。
     • 队列操作本身可能带来一些性能开销，比如锁的竞争可能发生在队列操作上，影响整体性能。
3. 利用 Redis 的发布订阅机制
   • 方法：获取锁失败的线程或进程订阅一个特定的频道，当持有锁的线程或进程释放锁时，通过发布消息到该频道，通知订阅的线程或进程重新尝试获取锁。
   • 优点：
     • 解耦性好，发布者（释放锁的一方）和订阅者（等待获取锁的一方）之间不需要直接交互，降低了系统的耦合度。
     • 异步通知，当锁释放时能够及时通知等待的线程或进程，相比轮询方式能够更及时地响应锁的变化。
   • 缺点：
     • 消息可能丢失，如果在发布消息和订阅者接收消息之间出现网络问题等异常情况，可能导致部分订阅者无法收到通知。
     • 增加系统复杂性，需要引入 Redis 的发布订阅功能，并且要处理好消息的可靠性等相关问题。
4. 采用分布式协调服务（如 ZooKeeper）辅助
   • 方法：利用 ZooKeeper 的树形结构和临时有序节点特性来实现锁。每个尝试获取锁的线程或进程在 ZooKeeper 中创建一个临时有序节点，通过比较节点序号确定获取锁的顺序。
   • 优点：
     • 具备高可靠性和强一致性，ZooKeeper 自身的特性保证了锁的获取和释放过程的可靠性和一致性。
     • 公平性高，与基于队列的方式类似，能够保证请求按照顺序获取锁。
   • 缺点：
     • 引入额外的系统，增加了系统的部署和维护成本，需要对 ZooKeeper 有深入的了解和管理能力。
     • 性能方面，ZooKeeper 的写操作性能相对 Redis 可能较低，因为其要保证数据的一致性，在高并发写锁场景下可能成为性能瓶颈。