基于数据库实现Java分布式锁的技术

在Java分布式系统中，基于数据库实现分布式锁是一种常见的并发控制手段。本文将介绍分布式锁的作用、使用场景，以及基于数据库实现分布式锁的方案，特别关注使用 SELECT ... FOR UPDATE 语句来管理分布式锁，探讨其是否能够避免并发问题。

一、分布式锁的作用与使用场景

分布式锁主要用于解决分布式系统中资源的并发访问问题，确保在多个节点同时访问共享资源时，只有一个节点能够获得锁，从而避免资源的冲突和数据不一致的问题。常见的使用场景包括：

1. 分布式环境下的唯一性操作：比如保证全局ID的唯一性、限流等。
2. 分布式任务调度：确保在多个节点上的定时任务只有一个节点执行，避免重复执行。
3. 分布式事务控制：在分布式事务中，需要对多个资源进行加锁，保证事务的一致性和隔离性。

二、基于数据库实现分布式锁方案

1. 锁表设计

在数据库中创建一张用于存储锁信息的表，该表至少包含以下字段：

• 锁名称：用于标识不同的锁。
• 锁状态：标识锁的状态，如是否被占用。
• 锁持有者：标识当前持有锁的节点或线程。
• 锁过期时间：防止死锁情况的发生，设定锁的过期时间，超过该时间自动释放锁。

示例DDL：

CREATE TABLE distributed_lock (
    lock_name VARCHAR(64) PRIMARY KEY,
    lock_holder VARCHAR(255),
    lock_status VARCHAR(10),
    expire_time TIMESTAMP
);

2. 加锁与释放锁

在需要加锁的地方，使用 SELECT ... FOR UPDATE 语句来获取锁：

首先，我们需要定义一个MyBatis的Mapper接口，用于操作分布式锁的数据库表：

import org.apache.ibatis.annotations.Mapper;

@Mapper
public interface DistributedLockMapper {
    // 查询锁信息并加锁
    void selectForUpdate(String lockName);

    // 释放锁
    void releaseLock();
}

然后，编写对应的Mapper XML文件 DistributedLockMapper.xml，实现SQL操作：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN"
        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd">
<mapper namespace="com.example.mapper.DistributedLockMapper">
    <!-- 查询锁信息并加锁 -->
    <select id="selectForUpdate" parameterType="String" statementType="PREPARED">
        SELECT * FROM distributed_lock WHERE lock_name = #{lockName} FOR UPDATE
    </select>

    <!-- 释放锁 -->
    <update id="releaseLock">
        COMMIT
    </update>
</mapper>

接下来，编写Service层代码，调用Mapper接口来实现加锁和释放锁的操作：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

@Service
public class DistributedLockService {
    @Autowired
    private DistributedLockMapper distributedLockMapper;

    @Transactional
    public void acquireLock(String lockName) {
        distributedLockMapper.selectForUpdate(lockName);
    }

    @Transactional
    public void releaseLock() {
        distributedLockMapper.releaseLock();
    }
}

最后，在业务逻辑中调用Service层方法来实现分布式锁的加锁和释放锁操作：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class YourBusinessLogicService {
    @Autowired
    private DistributedLockService distributedLockService;

    public void yourBusinessLogic() {
        try {
            // 加锁
            distributedLockService.acquireLock("lock_name");

            // 模拟业务逻辑
            System.out.println("业务逻辑执行中...");

            // 释放锁
            distributedLockService.releaseLock();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

通过以上步骤，我们利用MyBatis框架实现了基于数据库的分布式锁功能。在业务逻辑中，调用 acquireLock 方法获取锁，然后执行业务逻辑，最后调用 releaseLock 方法释放锁。整个过程在事务的管理下进行，确保了分布式锁的正确性和可靠性。