内容简介:并发是程序开发中不可避免的问题,根据系统面向用户、功能场景的不同,并发的重视程度会有不同。从程序的角度来说,并发意味着相同的时间点执行了相同的代码,而有些情况是不被允许的,比如:转账、抢购占库存等,如果没有做好临界条件的验证,会带来非常严重的后果。追根结底是因为并发引起的数据不一致问题,面对并发,我们通常会采用锁来优化。如下模拟抢购的示例代码(C#):模拟并行调用 Buy 方法 15 次(内部使用的是线程池,所以 ThreadId 会有重复),实际上只有 10 个库存,返回结果却显示 11 个请求都购买成功
并发是程序开发中不可避免的问题,根据系统面向用户、功能场景的不同,并发的重视程度会有不同。从程序的角度来说,并发意味着相同的时间点执行了相同的代码,而有些情况是不被允许的,比如:转账、抢购占库存等,如果没有做好临界条件的验证,会带来非常严重的后果。追根结底是因为并发引起的数据不一致问题,面对并发,我们通常会采用锁来优化。
场景模拟
如下模拟抢购的示例代码(C#):
// 有10个商品库存 private static int stockCount = 10; public bool Buy() { // 模拟执行的逻辑代码花费的时间 Thread.Sleep(new Random().Next(100,500)); if (stockCount > 0) { stockCount--; return true; } return false; }
var test = new Test(); Parallel.For(1, 16, (i) => { var stopwatch = new Stopwatch(); stopwatch.Start(); var data = test.Buy(); stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, Result:{data}, Time:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); }); Console.ReadKey();
模拟并行调用 Buy 方法 15 次(内部使用的是线程池,所以 ThreadId 会有重复),实际上只有 10 个库存,返回结果却显示 11 个请求都购买成功了。
单机部署模式解决方案
在单机部署模式下,我们只需要加 lock(){} 就可以解决问题:
// 有10个商品库存 private static int stockCount = 10; private static object obj = new object(); public bool Buy() { lock (obj) { // 模拟执行的逻辑代码花费的时间 Thread.Sleep(new Random().Next(100, 500)); if (stockCount > 0) { stockCount--; return true; } return false; } }
从输出结果中可以看出,确实只有10个请求是显示购买成功,但同时发现部分请求的执行时间明显变长,这就是加锁带来的最直观影响,当某个线程获得锁之后,在没有释放之前,其他线程只能继续等待,并发越高,更多的线程需要等待轮流被处理。
各种语言一般都提供了锁的实现,用法大同小异,语言本身实现的锁只能作用于当前进程内,所以在单机模式部署的系统中使用基本没什么问题。
集群部署模式解决方案(分布式锁)
在集群模式下,系统部署于多台机器(一个系统运行在多个进程中),语言本身实现的锁只能确保当前进程内有效(基于内存),多进程就没办法共享锁状态,这时我们就得考虑采用分布式锁,分布式锁可以采用 数据库 、 ZooKeeper 、 Redis 等来实现,最终都是为了达到在不同的进程、线程内能共享锁状态的目的。
这里将介绍基于 Redis 的 RedLock.net 来解决分布式下的并发问题,RedLock.net 是 RedLock 分布式锁算法的 .NET 版实现 ( 大部分语言都有对应的实现, 查看 ) ,RedLock 分布式锁算法是由 Redis 的作者提出。
RedLock 简介
RedLock 的思想是使用多台 Redis Master ,节点完全独立,节点间不需要进行数据同步,因为 Master-Slave 架构一旦 Master 发生故障时数据没有复制到 Slave,被选为 Master 的 Slave 就丢掉了锁,另一个客户端就可以再次拿到锁。锁通过 setNX(原子操作) 命令设置,在有效时间内当获得锁的数量大于 (n/2+1) 代表成功,失败后需要向所有节点发送释放锁的消息。
获取锁:
SET resource_name my_random_value NX PX 30000
释放锁:
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call("del",KEYS[1]) else return 0 end
RedLock.net 集成
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创建 .NETCore API 项目
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Nuget 安装 RedLock.net
Install-Package RedLock.net
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appsettings.json 添加 redis 配置
{ "RedisUrl": "127.0.0.1:6379", // 多个用,分割 ... }
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添加 ProductService.cs,模拟商品购买
// 有10个商品库存,如果同时启动多个API服务进行测试,这里改成存数据库或其他方式 private static int stockCount = 10; public async Task<bool> BuyAsync() { // 模拟执行的逻辑代码花费的时间 await Task.Delay(new Random().Next(100, 500)); if (stockCount > 0) { stockCount--; return true; } return false; }
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修改 Startup.cs ,创建 RedLockFactory
定义 RedLockFactory 变量:
private RedLockFactory lockFactory;
添加方法:
private RedLockFactory GetRedLockFactory() { var redisUrl = Configuration["RedisUrl"]; if (string.IsNullOrEmpty(redisUrl)) { throw new ArgumentException("RedisUrl 不能为空"); } var urls = redisUrl.Split(",").ToList(); var endPoints = new List<RedLockEndPoint>(); foreach (var item in urls) { var arr = item.Split(":"); endPoints.Add(new DnsEndPoint(arr[0], Convert.ToInt32(arr[1]))); } return RedLockFactory.Create(endPoints); }
在 ConfigureServices 注入 IDistributedLockFactory:
lockFactory = GetRedLockFactory(); services.AddSingleton(typeof(IDistributedLockFactory), lockFactory); services.AddScoped(typeof(ProductService));
修改 Configure,应用程序结束时释放 lockFactory :
public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, IApplicationLifetime lifetime) { ... lifetime.ApplicationStopping.Register(() => { lockFactory.Dispose(); }); }
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在 Controller 添加方法 DistributedLockTest
private readonly IDistributedLockFactory _distributedLockFactory; private readonly ProductService _productService; public HomeController(IDistributedLockFactory distributedLockFactory, ProductService productService) { _distributedLockFactory = distributedLockFactory; _productService = productService; } [HttpGet] public async Task<bool> DistributedLockTest() { var productId = "id"; // resource 锁定的对象 // expiryTime 锁定过期时间,锁区域内的逻辑执行如果超过过期时间,锁将被释放 // waitTime 等待时间,相同的 resource 如果当前的锁被其他线程占用,最多等待时间 // retryTime 等待时间内,多久尝试获取一次 using (var redLock = await _distributedLockFactory.CreateLockAsync(productId, TimeSpan.FromSeconds(5), TimeSpan.FromSeconds(1), TimeSpan.FromMilliseconds(20))) { if (redLock.IsAcquired) { var result = await _productService.BuyAsync(); return result; } else { Console.WriteLine($"获取锁失败:{DateTime.Now}"); } } return false; }
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调用接口测试
Parallel.For(1, 16, (i) => { var stopwatch = new Stopwatch(); stopwatch.Start(); var data = GetAsync($"http://localhost:5000/home/distributedLockTest").Result; stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, Result:{data}, Time:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); });
总结
如果使用锁,必然对性能上会有一定影响,我们需要根据实际场景来判断是真正需要。在指定锁过期时间时要相对合理,避免出现锁已过期,但逻辑还没执行完成,这样就失去了锁的意义,当然这种情况下我们还可以考虑重入锁。
最后推荐一下微软开源的一个基于 Actor 模型的分布式框架 Orleans ,也可以达到分布式锁的效果。
参考链接
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持 码农网
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