1.cap理论

场景设定

您在北京的ATM机取钱
您的家人在上海的ATM机取钱
这两个ATM机需要保持数据同步

CAP理论的三个字母分别代表什么？

C - Consistency (一致性)

通俗理解： 所有地方看到的数据都是一样的

例子：

您在北京取款5000元后，余额应该变成5000元
您的家人在上海查询余额时，必须立即看到5000元，不能还是1万元
一致性要求：数据实时同步，没有延迟

A - Availability (可用性)

通俗理解： 系统永远能正常响应

例子：

无论何时何地，您去ATM机取钱，机器都不能显示“系统维护中”
即使网络有点问题，ATM机也要能正常操作
可用性要求：永远不宕机，随时可用

P - Partition Tolerance (分区容错性)

通俗理解： 网络断了系统还能用

例子：

北京和上海之间的网络光缆被挖断了
两地的ATM机无法通信同步数据
分区容错要求：即使网络断了，系统也不能完全瘫痪

核心矛盾：三者不可兼得

CAP理论的核心就是：C、A、P这三个特性，你最多只能同时满足两个！

情况1：选择 CP（一致性 + 分区容错性）

选择： 保证数据一致，允许暂时不可用

例子：

北京和上海网络断了
银行选择：暂停上海ATM机的服务
为什么？因为无法保证上海的数据和北京一致，宁可不让用，也不能让您看到错误余额
结果： 数据绝对准确，但部分服务暂时不可用

情况2：选择 AP（可用性 + 分区容错性）

选择： 保证服务可用，允许数据暂时不一致

例子：

北京和上海网络断了
银行选择：两地ATM机都继续服务
可能出现：您在北京取了5000元（余额5000），家人在上海看到余额还是1万元
结果： 服务永远可用，但数据可能短暂不一致

情况3：选择 CA（一致性 + 可用性）

选择： 这在实际分布式系统中基本不可能实现

因为只要网络一断（P发生），你就必须在C和A之间二选一
所以分布式系统实际上都是在CP和AP之间选择

现实生活中的例子

例子1：微信朋友圈（AP系统）

您发了朋友圈，您自己立即能看到
但您的朋友可能要过几秒才能看到
选择： 可用性优先，允许短暂的数据不一致

例子2：银行转账（CP系统）

您转账给朋友，系统会显示“处理中”
在此期间，相关账户可能被暂时锁定
选择： 数据一致性优先，宁愿慢一点也要保证准确

2.分布式锁

4.1 、基本原理和实现方式对比

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

分布式锁的核心思想就是让大家都使用同一把锁，只要大家使用的是同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路

那么分布式锁他应该满足一些什么样的条件呢？

可见性：多个线程都能看到相同的结果，注意：这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到变化的意思

互斥：互斥是分布式锁的最基本的条件，使得程序串行执行

高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性

高性能：由于加锁本身就让性能降低，所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能

安全性：安全也是程序中必不可少的一环

4.2 、Redis分布式锁的实现核心思路

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：

获取锁：
- 互斥：确保只能有一个线程获取锁
- 非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false
释放锁：
- 手动释放
- 超时释放：获取锁时添加一个超时时间

4.3 实现分布式锁版本一

加锁逻辑

SimpleRedisLock

利用setnx方法进行加锁，同时增加过期时间，防止死锁，此方法可以保证加锁和增加过期时间具有原子性

private static final String KEY_PREFIX="lock:"
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
    // 获取线程标示
    String threadId = Thread.currentThread().getId()
    // 获取锁
    Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
            .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
    return Boolean.TRUE.equals(success);
}

释放锁逻辑

SimpleRedisLock

释放锁，防止删除别人的锁

public void unlock() {
    //通过del删除锁
    stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}

修改业务代码

@Override
  public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
      // 1.查询优惠券
      SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
      // 2.判断秒杀是否开始
      if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
          // 尚未开始
          return Result.fail("秒杀尚未开始！");
      }
      // 3.判断秒杀是否已经结束
      if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
          // 尚未开始
          return Result.fail("秒杀已经结束！");
      }
      // 4.判断库存是否充足
      if (voucher.getStock() < 1) {
          // 库存不足
          return Result.fail("库存不足！");
      }
      Long userId = UserHolder.getUser().getId();
      //创建锁对象(新增代码)
      SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
      //获取锁对象
      boolean isLock = lock.tryLock(1200);
//加锁失败
      if (!isLock) {
          return Result.fail("不允许重复下单");
      }
      try {
          //获取代理对象(事务)
          IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
          return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
      } finally {
          //释放锁
          lock.unlock();
      }
  }

4.4 Redis分布式锁误删情况说明

逻辑说明：

持有锁的线程在锁的内部出现了阻塞，导致他的锁自动释放，这时其他线程，线程2来尝试获得锁，就拿到了这把锁，然后线程2在持有锁执行过程中，线程1反应过来，继续执行，而线程1执行过程中，走到了删除锁逻辑，此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除，这就是误删别人锁的情况说明

解决方案：解决方案就是在每个线程释放锁的时候，去判断一下当前这把锁是否属于自己，如果属于自己，则不进行锁的删除，假设还是上边的情况，线程1卡顿，锁自动释放，线程2进入到锁的内部执行逻辑，此时线程1反应过来，然后删除锁，但是线程1，一看当前这把锁不是属于自己，于是不进行删除锁逻辑，当线程2走到删除锁逻辑时，如果没有卡过自动释放锁的时间点，则判断当前这把锁是属于自己的，于是删除这把锁。

4.5 解决Redis分布式锁误删问题

需求：修改之前的分布式锁实现，满足：在获取锁时存入线程标示（可以用UUID表示）
在释放锁时先获取锁中的线程标示，判断是否与当前线程标示一致

如果一致则释放锁
如果不一致则不释放锁

核心逻辑：在存入锁时，放入自己线程的标识，在删除锁时，判断当前这把锁的标识是不是自己存入的，如果是，则进行删除，如果不是，则不进行删除

具体代码如下：加锁

private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
   // 获取线程标示
   String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
   // 获取锁
   Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
   return Boolean.TRUE.equals(success);
}

释放锁

public void unlock() {
    // 获取线程标示
    String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
    // 获取锁中的标示
    String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
    // 判断标示是否一致
    if(threadId.equals(id)) {
        // 释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

有关代码实操说明：

在我们修改完此处代码后，我们重启工程，然后启动两个线程，第一个线程持有锁后，手动释放锁，第二个线程此时进入到锁内部，再放行第一个线程，此时第一个线程由于锁的value值并非是自己，所以不能释放锁，也就无法删除别人的锁，此时第二个线程能够正确释放锁，通过这个案例初步说明我们解决了锁误删的问题。

4.6 分布式锁的原子性问题

更为极端的误删逻辑说明：

线程1现在持有锁之后，在执行业务逻辑过程中，他正准备删除锁，而且已经走到了条件判断的过程中，比如他已经拿到了当前这把锁确实是属于他自己的，正准备删除锁，但是此时他的锁到期了，那么此时线程2进来，但是线程1他会接着往后执行，当他卡顿结束后，他直接就会执行删除锁那行代码，相当于条件判断并没有起到作用，这就是删锁时的原子性问题，之所以有这个问题，是因为线程1的拿锁，比锁，删锁，实际上并不是原子性的，我们要防止刚才的情况发生， default

4.7 Lua脚本解决多条命令原子性问题

Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多条Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。Lua是一种编程语言，它的基本语法大家可以参考网站：https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html，这里重点介绍Redis提供的调用函数，我们可以使用lua去操作redis，又能保证他的原子性，这样就可以实现拿锁比锁删锁是一个原子性动作了，作为Java程序员这一块并不作一个简单要求，并不需要大家过于精通，只需要知道他有什么作用即可。

这里重点介绍Redis提供的调用函数，语法如下：

1	redis.call('命令名称', 'key', '其它参数', ...)

例如，我们要执行set name jack，则脚本是这样：

1 2	# 执行 set name jack redis.call('set', 'name', 'jack')

例如，我们要先执行set name Rose，再执行get name，则脚本如下：

# 先执行 set name jack
redis.call('set', 'name', 'Rose')
# 再执行 get name
local name = redis.call('get', 'name')
# 返回
return name

写好脚本以后，需要用Redis命令来调用脚本

如果脚本中的key、value不想写死，可以作为参数传递。key类型参数会放入KEYS数组，其它参数会放入ARGV数组，在脚本中可以从KEYS和ARGV数组获取这些参数：

接下来我们来回一下我们释放锁的逻辑：

释放锁的业务流程是这样的

1、获取锁中的线程标示

2、判断是否与指定的标示（当前线程标示）一致

3、如果一致则释放锁（删除）

4、如果不一致则什么都不做

如果用Lua脚本来表示则是这样的：

最终我们操作redis的拿锁比锁删锁的lua脚本就会变成这样

-- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key，这里的ARGV[1] 就是当前线程标示
-- 获取锁中的标示，判断是否与当前线程标示一致
if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
  -- 一致，则删除锁
  return redis.call('DEL', KEYS[1])
end
-- 不一致，则直接返回
return 0

4.8 利用Java代码调用Lua脚本改造分布式锁

lua脚本本身并不需要大家花费太多时间去研究，只需要知道如何调用，大致是什么意思即可，所以在笔记中并不会详细的去解释这些lua表达式的含义。

我们的RedisTemplate中，可以利用execute方法去执行lua脚本，参数对应关系就如下图股

1653393304844

Java代码

private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
    static {
        UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
        UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
        UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
    }

public void unlock() {
    // 调用lua脚本
    stringRedisTemplate.execute(
            UNLOCK_SCRIPT,
            Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
            ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
}
经过以上代码改造后，我们就能够实现 拿锁比锁删锁的原子性动作了~

小总结：

基于Redis的分布式锁实现思路：

利用set nx ex获取锁，并设置过期时间，保存线程标示
释放锁时先判断线程标示是否与自己一致，一致则删除锁
- 特性：
  - 利用set nx满足互斥性
  - 利用set ex保证故障时锁依然能释放，避免死锁，提高安全性
  - 利用Redis集群保证高可用和高并发特性

笔者总结：我们一路走来，利用添加过期时间，防止死锁问题的发生，但是有了过期时间之后，可能出现误删别人锁的问题，这个问题我们开始是利用删之前通过拿锁，比锁，删锁这个逻辑来解决的，也就是删之前判断一下当前这把锁是否是属于自己的，但是现在还有原子性问题，也就是我们没法保证拿锁比锁删锁是一个原子性的动作，最后通过lua表达式来解决这个问题

但是目前还剩下一个问题锁不住，什么是锁不住呢，你想一想，如果当过期时间到了之后，我们可以给他续期一下，比如续个30s，就好像是网吧上网，网费到了之后，然后说，来，网管，再给我来10块的，是不是后边的问题都不会发生了，那么续期问题怎么解决呢，可以依赖于我们接下来要学习redission啦

测试逻辑：

第一个线程进来，得到了锁，手动删除锁，模拟锁超时了，其他线程会执行lua来抢锁，当第一天线程利用lua删除锁时，lua能保证他不能删除他的锁，第二个线程删除锁时，利用lua同样可以保证不会删除别人的锁，同时还能保证原子性。

5.4 分布式锁-redission锁重试和WatchDog机制

说明：由于课程中已经说明了有关tryLock的源码解析以及其看门狗原理，所以笔者在这里给大家分析lock()方法的源码解析，希望大家在学习过程中，能够掌握更多的知识

抢锁过程中，获得当前线程，通过tryAcquire进行抢锁，该抢锁逻辑和之前逻辑相同

1、先判断当前这把锁是否存在，如果不存在，插入一把锁，返回null

2、判断当前这把锁是否是属于当前线程，如果是，则返回null

所以如果返回是null，则代表着当前这哥们已经抢锁完毕，或者可重入完毕，但是如果以上两个条件都不满足，则进入到第三个条件，返回的是锁的失效时间，同学们可以自行往下翻一点点，你能发现有个while( true) 再次进行tryAcquire进行抢锁

long threadId = Thread.currentThread().getId();
Long ttl = tryAcquire(-1, leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {
    return;
}

接下来会有一个条件分支，因为lock方法有重载方法，一个是带参数，一个是不带参数，如果带带参数传入的值是-1，如果传入参数，则leaseTime是他本身，所以如果传入了参数，此时leaseTime != -1 则会进去抢锁，抢锁的逻辑就是之前说的那三个逻辑

1
2
3

if (leaseTime != -1) {
    return tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
}

如果是没有传入时间，则此时也会进行抢锁，而且抢锁时间是默认看门狗时间 commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout()

ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) 这句话相当于对以上抢锁进行了监听，也就是说当上边抢锁完毕后，此方法会被调用，具体调用的逻辑就是去后台开启一个线程，进行续约逻辑，也就是看门狗线程

RFuture<Long> ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(waitTime,
                                        commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(),
                                        TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
    if (e != null) {
        return;
    }

    // lock acquired
    if (ttlRemaining == null) {
        scheduleExpirationRenewal(threadId);
    }
});
return ttlRemainingFuture;

此逻辑就是续约逻辑，注意看commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout（）此方法

Method( new TimerTask() {},参数2 ，参数3 )

指的是：通过参数2，参数3 去描述什么时候去做参数1的事情，现在的情况是：10s之后去做参数一的事情

因为锁的失效时间是30s，当10s之后，此时这个timeTask 就触发了，他就去进行续约，把当前这把锁续约成30s，如果操作成功，那么此时就会递归调用自己，再重新设置一个timeTask()，于是再过10s后又再设置一个timerTask，完成不停的续约

那么大家可以想一想，假设我们的线程出现了宕机他还会续约吗？当然不会，因为没有人再去调用renewExpiration这个方法，所以等到时间之后自然就释放了。

private void renewExpiration() {
    ExpirationEntry ee = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
    if (ee == null) {
        return;
    }
    
    Timeout task = commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
        @Override
        public void run(Timeout timeout) throws Exception {
            ExpirationEntry ent = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
            if (ent == null) {
                return;
            }
            Long threadId = ent.getFirstThreadId();
            if (threadId == null) {
                return;
            }
            
            RFuture<Boolean> future = renewExpirationAsync(threadId);
            future.onComplete((res, e) -> {
                if (e != null) {
                    log.error("Can't update lock " + getName() + " expiration", e);
                    return;
                }
                
                if (res) {
                    // reschedule itself
                    renewExpiration();
                }
            });
        }
    }, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS);
    
    ee.setTimeout(task);
}

5.5 分布式锁-redission锁的MutiLock原理

为了提高redis的可用性，我们会搭建集群或者主从，现在以主从为例

此时我们去写命令，写在主机上，主机会将数据同步给从机，但是假设在主机还没有来得及把数据写入到从机去的时候，此时主机宕机，哨兵会发现主机宕机，并且选举一个slave变成master，而此时新的master中实际上并没有锁信息，此时锁信息就已经丢掉了。)

为了解决这个问题，redission提出来了MutiLock锁，使用这把锁咱们就不使用主从了，每个节点的地位都是一样的，这把锁加锁的逻辑需要写入到每一个主丛节点上，只有所有的服务器都写入成功，此时才是加锁成功，假设现在某个节点挂了，那么他去获得锁的时候，只要有一个节点拿不到，都不能算是加锁成功，就保证了加锁的可靠性。

那么MutiLock 加锁原理是什么呢？笔者画了一幅图来说明

当我们去设置了多个锁时，redission会将多个锁添加到一个集合中，然后用while循环去不停去尝试拿锁，但是会有一个总共的加锁时间，这个时间是用需要加锁的个数 * 1500ms ，假设有3个锁，那么时间就是4500ms，假设在这4500ms内，所有的锁都加锁成功，那么此时才算是加锁成功，如果在4500ms有线程加锁失败，则会再次去进行重试.