和 chatgpt 聊了一会儿分布式锁 redis/zookeeper distributed lock

前言

最近的 chatGPT 很火爆，听说取代程序员指日可待。

于是和 TA 聊了一会儿分布式锁，我的感受是，超过大部分程序员的水平。

Q1: 谈一谈 java 通过 redis 实现分布式 锁

chatGPT:

Java通过Redis实现分布式锁，是在多个Java应用程序之间实现同步的一种方式。通过Redis的原子性和高性能，实现了分布式锁的可靠性和高效性。

具体实现步骤如下：

获取Redis连接：在Java应用程序中，使用Java Redis客户端连接到Redis数据库。

创建锁：Java应用程序向Redis数据库中写入一条记录，作为锁。

设置过期时间：为了避免死锁，需要为锁设置一个过期时间。

判断是否获取到锁：Java应用程序从Redis数据库中读取锁记录，判断当前是否已经有其他应用程序获取到了锁。如果没有，则当前应用程序获取到了锁，可以执行需要同步的操作。

释放锁：Java应用程序在同步操作完成后，从Redis数据库中删除锁记录，释放锁。

在实现分布式锁时，需要注意以下几点：

锁的名字应该是唯一的，并且易于识别和管理。

设置过期时间是为了避免锁一直被占用而无法释放。

应该采用原子性操作来实现锁，以避免出现多个线程同时访问锁而导致的并发问题。

需要考虑锁的持有时间，避免出现死锁的情况。

总之，通过Redis实现分布式锁可以很好地解决多个Java应用程序之间同步的问题。Java应用程序可以通过Redis实现高效、可靠的分布式锁，提高分布式应用程序的性能和可靠性。

我们针对过期时间附加两个小问题。

Q1.1 谈一谈 redis 分布式锁中，锁的过期时间应该设置多久才合理呢

chatGPT:

在 Redis 分布式锁中，锁的过期时间的设置需要考虑到两个方面的因素：锁的超时时间和业务处理时间。

如果锁的超时时间设置过短，那么在高并发的情况下，可能会出现多个进程同时获取到锁的情况，从而导致锁失效，出现并发问题。

因此，通常建议将锁的过期时间设置为稍微长一些，可以考虑设置为 30 秒到 1 分钟左右。

另外，还需要考虑业务处理时间。如果业务处理时间很长，而锁的过期时间很短，那么在业务处理期间锁失效，就会导致其他进程在锁被释放前获取到锁，从而导致并发问题。

因此，需要根据业务处理时间来合理地设置锁的过期时间，通常建议将锁的过期时间设置为业务处理时间的两倍以上。

需要注意的是，锁的过期时间设置过长也会带来风险，例如当获取锁的进程崩溃或被终止时，其他进程无法获取到锁，从而导致死锁问题。因此，在设置锁的过期时间时需要综合考虑以上因素，找到一个合理的平衡点。

Q1.2 如果系统正常业务 30秒处理完成，但是系统受到了攻击，导致处理时间变慢。这个时候，分布式锁的过期时间要怎么设置才合理呢？要求一定不能出错，涉及到金额

chatGPT:

如果系统受到攻击导致处理时间变慢，那么锁的过期时间要根据实际情况进行设置。通常建议将锁的过期时间设置为业务处理时间的两倍以上，但是如果系统受到攻击，处理时间远远超过了正常的业务处理时间，那么在这种情况下，就需要将锁的过期时间适当延长，以确保在极端情况下锁不会过早失效。

具体来说，可以考虑以下两种方案：

动态调整锁的过期时间：当系统受到攻击时，动态调整锁的过期时间。可以根据当前的业务处理时间来决定过期时间的长度，如果业务处理时间变长，就将过期时间适当延长。

采用异步处理的方式：将耗时较长的操作改为异步处理，从而避免阻塞主线程，减少对分布式锁的占用时间。在这种情况下，可以将锁的过期时间设置为正常的业务处理时间的两倍左右。

需要注意的是，在设置锁的过期时间时，一定要根据实际情况进行合理的设置。如果过期时间设置过短，会导致锁失效，出现并发问题；如果过期时间设置过长，会带来死锁的风险。因此，在设置锁的过期时间时，需要综合考虑业务处理时间和系统稳定性等因素，找到一个合理的平衡点。同时，在实际应用中，也可以结合监控系统和预警机制，及时发现和处理系统异常情况，保障系统的稳定性和安全性。

说的倒也算不错，让他给一下代码。

Q2: 给出具体的代码实现

下面是Java通过Redis实现分布式锁的代码示例：

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;

public class RedisLock {
    private Jedis jedis;
    private String lockKey;
    private String lockValue;
    private int expireTime;

    public RedisLock(Jedis jedis, String lockKey, String lockValue, int expireTime) {
        this.jedis = jedis;
        this.lockKey = lockKey;
        this.lockValue = lockValue;
        this.expireTime = expireTime;
    }

    public boolean acquire() {
        SetParams setParams = new SetParams();
        setParams.nx();
        setParams.ex(expireTime);
        String result = jedis.set(lockKey, lockValue, setParams);
        if ("OK".equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    public boolean release() {
        String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        Object result = jedis.eval(luaScript, 1, lockKey, lockValue);
        if ("1".equals(result.toString())) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

chatGPT 的解释:

在上面的代码中，我们定义了一个RedisLock类，用于封装获取和释放锁的操作。其中，acquire()方法用于获取锁，release()方法用于释放锁。

在获取锁时，我们使用Redis的set()方法设置一个键值对，并使用NX（不存在则创建）和EX（过期时间）两个参数来保证锁的原子性和可靠性。如果set()方法返回的结果为"OK"，则表示获取到了锁，可以执行同步操作。

在释放锁时，我们使用Redis的eval()方法执行一个Lua脚本，判断当前锁的值是否为当前线程所持有的值。如果是，则调用Redis的del()方法删除该键值对，释放锁。

需要注意的是，在使用Redis实现分布式锁时，我们需要确保获取和释放锁的操作是原子性的。同时，我们也需要考虑锁的过期时间，避免出现死锁的情况。

诚然，这个代码写的作为入门是够用了。

1） 但是还是有一些改进空间，比如 expireTime/lockKey/lockValue 应该作为方法的参数。

其实 AI 无论怎么发展，我们还是需要知道底层的原理，不然都不知道如何改进。

对于程序员如此，对于画师也是如此。

2）这个是单点的算法，我们问一下如何解决。

Q3：如果 redis 是多个节点，存在主节点重启，上面的方法存在什么问题？

chatGPT:

如果 Redis 是多个节点，存在主节点重启，上面的代码实现可能会出现如下问题：

主节点重启后，由于获取锁和释放锁的操作不在同一个节点上，可能会导致锁的失效或者其他线程获取到该锁，从而导致数据不一致的情况。

如果Redis的主从复制模式中，主节点重启后从节点升为主节点，那么原来的锁信息将无法被获取和释放。

为了解决这些问题，可以考虑使用Redis的RedLock算法。RedLock算法是由Redis的创始人Salvatore Sanfilippo提出的一种分布式锁方案，可以在多个节点之间协作实现可靠的分布式锁。

具体来说，RedLock算法使用多个Redis节点组成一个集群，获取锁和释放锁的操作在多个节点上执行，并且需要满足以下条件：

获取锁时，至少在大部分（如5个节点中的3个）节点上获取到锁才算成功获取到锁。

释放锁时，需要向所有节点发送释放锁的请求，只有大部分节点（如5个节点中的3个）成功释放锁才算成功释放锁。

通过这样的方式，可以在多个节点之间协作实现可靠的分布式锁，避免出现单点故障和数据不一致的情况。

以下是使用Java代码实现RedLock算法的示例：

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class RedisRedLock {
    private List<Jedis> jedisList;
    private String lockKey;
    private String lockValue;
    private int expireTime;
    private int quorum;

    public RedisRedLock(List<Jedis> jedisList, String lockKey, String lockValue, int expireTime) {
        this.jedisList = jedisList;
        this.lockKey = lockKey;
        this.lockValue = lockValue;
        this.expireTime = expireTime;
        this.quorum = jedisList.size() / 2 + 1;
    }

    public boolean acquire() {
        int count = 0;
        long startMillis = System.currentTimeMillis();
        while ((System.currentTimeMillis() - startMillis) < expireTime) {
            for (Jedis jedis : jedisList) {
                SetParams setParams = new SetParams();
                setParams.nx();
                setParams.ex(expireTime);
                String result = jedis.set(lockKey, lockValue, setParams);
                if ("OK".equals(result)) {
                    count++;
                }
                if (count >= quorum) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    public boolean release() {
        boolean success = true;
        for (Jedis jedis : jedisList) {
            String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
            Object result = jedis.eval(luaScript, 1, lockKey, lockValue);
            if
    (!(result instanceof Long) || (Long) result != 1)) {
            success = false;
        }
    }
    return success;
}

在上述示例代码中，RedisRedLock类表示了一个RedLock分布式锁，包括多个Redis节点、锁的名称、锁的值、锁的过期时间等属性，以及获取锁和释放锁的方法。在获取锁时，需要循环遍历多个Redis节点，使用NX（不存在则创建）命令尝试在Redis中创建一个新的key-value对，并设置过期时间。只有当大部分节点（如5个节点中的3个）都成功获取到锁时，才算获取锁成功。在释放锁时，需要向所有节点发送释放锁的请求，使用Lua脚本来判断当前锁是否为当前线程持有，如果是则释放锁，否则返回0表示锁已被其他线程持有。

需要注意的是，使用RedLock算法可以提高分布式锁的可靠性和稳定性，但是并不能完全避免分布式锁的问题。

例如，当Redis节点之间的网络延迟较大时，可能会导致某些节点无法及时获取到锁信息，从而出现数据不一致的情况。因此，在使用RedLock算法时，需要仔细评估应用场景和业务需求，权衡分布式锁的可靠性和性能，以便选择最适合的方案。

当然，redlock 也并非是完美的，可以参考下面的文章：

redis 分布式锁设计 redis lock

Q4: RedLock 存在什么缺点？如何解决

chatGPT:

RedLock算法虽然可以提高分布式锁的可靠性和稳定性，但仍然存在一些缺点和局限性，如下所述：

可能存在网络分区问题：在Redis集群节点之间的网络延迟较大或出现网络分区时，可能会导致某些节点无法及时获取到锁信息，从而出现数据不一致的情况。

Redis节点故障问题：如果一个或多个Redis节点发生故障或宕机，可能会导致某些节点无法正常工作，从而影响分布式锁的可用性和性能。

同时获取锁的线程数量问题：RedLock算法中要求大部分节点都需要获取到锁才能认为获取成功，但是如果同时有大量线程请求获取锁，可能会导致节点的处理能力不足，从而导致获取锁的时间过长。

针对上述缺点和局限性，可以采取以下措施进行解决：

使用多个Redis集群：为了避免网络分区和节点故障等问题，可以使用多个Redis集群进行分布式锁的实现，从而提高可用性和稳定性。

采用自适应锁超时时间：针对同时获取锁的线程数量问题，可以根据实际情况采用自适应的锁超时时间，避免获取锁的时间过长。

使用其他分布式锁方案：RedLock算法虽然具有一定的优势，但并不是适用于所有场景。根据实际需求，可以选择其他分布式锁方案，如基于ZooKeeper实现的分布式锁等。

Q5: java 语言，使用 zookeeper 如何实现分布式锁

chatGPT:

在Java语言中，可以使用ZooKeeper实现分布式锁，具体步骤如下：

创建ZooKeeper客户端连接：使用ZooKeeper提供的Java API创建一个ZooKeeper客户端连接，用于访问ZooKeeper服务。

创建锁节点：在ZooKeeper中创建一个顺序临时节点，表示当前请求获取锁的节点。如果创建成功，则表示当前节点获取到了锁，否则需要等待。

监听前一个节点的删除事件：当前节点创建完成后，需要监听前一个节点的删除事件，一旦前一个节点被删除，说明前一个节点已经释放了锁，当前节点可以获取到锁。

释放锁：释放锁时需要删除当前节点。

以下是一段基于ZooKeeper实现分布式锁的Java代码示例：

public class DistributedLock {
    private ZooKeeper zooKeeper;
    private String lockPath;
    private String lockName;
    private String currentNodePath;
    private String previousNodePath;

    public DistributedLock(ZooKeeper zooKeeper, String lockPath, String lockName) {
        this.zooKeeper = zooKeeper;
        this.lockPath = lockPath;
        this.lockName = lockName;
    }

    public void lock() throws Exception {
        // 创建锁节点
        currentNodePath = zooKeeper.create(lockPath + "/" + lockName + "-", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

        // 获取锁节点的序号
        int currentNodeSeqNum = Integer.parseInt(currentNodePath.substring(currentNodePath.lastIndexOf('-') + 1));

        // 获取锁节点的父节点下的所有子节点
        List<String> children = zooKeeper.getChildren(lockPath, false);

        // 对子节点进行排序
        Collections.sort(children);

        // 获取当前节点在子节点列表中的位置
        int currentNodeIndex = children.indexOf(currentNodePath.substring(lockPath.length() + 1));

        // 如果当前节点是第一个节点，则获取锁成功
        if (currentNodeIndex == 0) {
            return;
        }

        // 获取前一个节点的路径
        previousNodePath = lockPath + "/" + children.get(currentNodeIndex - 1);

        // 监听前一个节点的删除事件
        Stat stat = zooKeeper.exists(previousNodePath, new Watcher() {
            @Override
            public void process(WatchedEvent event) {
                try {
                    lock();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        // 如果前一个节点已经不存在，则重新获取锁
        if (stat == null) {
            lock();
        } else {
            synchronized (this) {
                wait();
            }
        }
    }

    public void unlock() throws Exception {
        zooKeeper.delete(currentNodePath, -1);
    }
}

在这个示例代码中，我们首先创建了一个ZooKeeper客户端连接，然后定义了一个DistributedLock类来实现分布式锁，其中lockPath表示锁节点的路径，lockName表示锁节点的名称。

在lock()方法中，我们首先创建了一个顺序临时节点，然后获取锁节点的序号和当前节点在子节点列表中的位置，如果当前节点是第一个节点，则获取锁成功；

有一说一，对于基本不会使用 zookeeper 的开发者而言，上面的代码作为入门还是不错的。

但是最后我们还是需要理解原理，作为学习路上的良师益友，chatGPT 是当之无愧的。

Q6：zookeeper 是 AP 还是 CP？如果是 CP，那么出现服务不可用怎么办？

他推荐我们使用 zk，我们就问一下 cp 的问题。

chatGPT:

ZooKeeper是一个CP系统，即在网络分区的情况下，系统优先保证一致性，而可能牺牲可用性。

在ZooKeeper集群中，一旦发生网络分区，可能会导致部分节点无法连接到主节点，这时候这部分节点就会成为不可用状态。对于这种情况，可以采取以下措施：

保证集群的健康状态：在使用ZooKeeper的过程中，需要对集群进行定期的监控，确保每个节点的健康状态，及时发现故障。

使用重试机制：如果某个节点无法连接到主节点，可以采用重试机制，等待一段时间后再次尝试连接，如果仍然失败，可以通过切换到备用节点来保证服务的可用性。

合理设置超时时间：在使用ZooKeeper时，需要设置合理的超时时间，以便在出现网络分区等异常情况时，能够及时检测并作出相应的处理。

总之，在使用ZooKeeper实现分布式锁时，需要考虑到网络分区等异常情况，采取相应的措施来保证服务的可用性和一致性。

Q7: redis 和 zookeeper 实现分布式锁，你总结一下二者的利弊，对比一下。详细的表格

感觉聊的差不多了，我们让 chatGPT 出一个对比的表格。

chatGPT:

下面是Redis和ZooKeeper实现分布式锁的利弊对比表格：

特点	Redis	ZooKeeper
数据结构	Redis使用字符串数据类型存储锁信息	ZooKeeper使用ZNode节点存储锁信息
实现方式	Redis使用单节点或者Redis集群实现分布式锁	ZooKeeper使用ZooKeeper集群实现分布式锁
性能	Redis读写速度较快，适用于高并发场景	ZooKeeper在写入数据时需要进行同步操作，写入速度相对较慢
可靠性	Redis的主从复制和Sentinel保证了Redis集群的高可用性	ZooKeeper采用了Paxos算法保证了集群的数据一致性和高可用性
稳定性	Redis的稳定性较好，不易出现死锁和脑裂等问题	ZooKeeper在网络分区时可能出现脑裂问题，需要进行特殊处理
开发难度	Redis的API简单易用，易于开发和维护	ZooKeeper的API较为复杂，需要一定的开发经验和技术储备
功能扩展	Redis支持多种数据结构和数据操作，具有更强的功能扩展性	ZooKeeper主要用于分布式协调和服务发现等场景，功能相对局限

总的来说，Redis适合处理高并发、读写频繁的场景，而ZooKeeper则更适合处理数据一致性和高可用性要求较高的场景。

在开发实践中，需要根据具体的业务需求和系统特点选择合适的分布式锁实现方式。

Q8: 你建议使用哪一种方式呢

chatGPT:

建议根据具体业务场景和系统架构选择合适的分布式锁实现方式。

如果业务场景中主要是处理高并发请求，读写操作较为频繁，且对数据一致性要求不是特别高，可以优先考虑Redis实现分布式锁。

如果系统对数据一致性和高可用性要求较高，可以考虑使用ZooKeeper实现分布式锁。

同时，如果系统中同时使用了Redis和ZooKeeper，可以考虑综合使用两者实现更为灵活和可靠的分布式锁方案。

他说到了结合二者，怎么个结合法？

Q9：综合使用两者实现是什么意思？展开说一说

chatGPT:

综合使用Redis和ZooKeeper实现分布式锁，主要是将两者的优势结合起来，达到更好的性能和可靠性。

一种常见的方式是，使用Redis实现分布式锁的快速获取和释放，同时使用ZooKeeper实现分布式锁的可靠性和数据一致性。具体实现方式是：

使用Redis的SETNX命令获取锁，如果获取成功，则表示获取到了分布式锁；否则，等待一段时间再次尝试获取锁。

获取到锁之后，设置锁的过期时间，并在Redis中记录当前线程持有锁的标识，用于后续释放锁时进行验证。

在业务逻辑执行完成后，使用Lua脚本或Redis的事务机制，保证释放锁的原子性。释放锁时，首先验证当前线程持有锁的标识，如果匹配，则使用Redis的DEL命令删除锁的标识，释放锁。

同时，将锁的释放同步到ZooKeeper中。在释放锁时，使用ZooKeeper的分布式锁机制，确保同一时刻只有一个线程可以修改锁的状态，避免多个线程同时释放锁的问题。

综合使用Redis和ZooKeeper实现分布式锁，既可以保证锁的获取和释放的高效性，又可以确保分布式锁的数据一致性和高可用性，是一种比较优秀的分布式锁实现方案。

Q10: 这样不会导致复杂性变高吗？如果二者不一致怎么办

chatGPT:

综合使用Redis和ZooKeeper实现分布式锁的确会增加一定的复杂性，需要更多的编码工作和配置调整，但是它能够更好地满足分布式锁的可靠性和高可用性要求，确保分布式锁的正确性和稳定性。

在使用Redis和ZooKeeper时，确实存在二者之间的数据一致性问题，例如锁在Redis中已经被释放，但在ZooKeeper中还未被删除，或者锁在ZooKeeper中已经被释放，但在Redis中还未被删除。如果发生这种情况，就会导致分布式锁的状态不一致，可能会造成一些问题。

为了避免这种情况，可以采用以下几种方式：

尽可能减少使用两种不同的分布式锁实现，如果可以，最好使用Redis或ZooKeeper其中一种实现分布式锁，而不是两者同时使用。

在代码实现时，加入检查分布式锁状态的逻辑，确保Redis和ZooKeeper中的分布式锁状态一致，例如在释放分布式锁时，先检查Redis中的锁是否已经被删除，再去ZooKeeper中删除锁的状态。

使用心跳机制定期同步两种分布式锁实现之间的状态，例如每隔一段时间，在Redis中设置一个带有过期时间的key，同时在ZooKeeper中创建一个持久化节点，表示分布式锁的状态，每次检查分布式锁状态时，都先在Redis中检查是否过期，如果过期则到ZooKeeper中检查分布式锁状态。

小结

chatGPT 其实比一般的博文质量要高不少，而且可以不停地提问拓展，对于知识的学习和拓展很有帮助。

但是需要我们有一定的辨别能力，因为他可能会胡说八道，而且死不悔改。

AI 不会取代人，只有会说用 AI 的人取代不会使用 AI 的人。

我是老马，期待与你的下次重逢。