异步唤醒机制和QPS检测优化分布式公平可重入锁性能

后端

2024-02-24 21:15:43

分布式公平可重入锁原理回顾

分布式公平可重入锁的实现原理，其实是基于Redis的特性来实现的。首先使用 setnx 命令设置一个key，如果key不存在则设置成功，如果key存在则设置失败，返回0。

如果设置成功，表示获取锁成功。如果没有获取到锁，则不断 setnx 重试，直到获取到锁为止。在获取到锁之后，如果需要对资源进行操作，则需要先对锁进行续期，以防止锁超时。如果在续期过程中，锁被其他线程获取，则需要释放锁并退出。

续期锁

在使用Redisson的时候，可以使用 lockwatchdog 命令对锁进行续期。lockwatchdog 命令会以一个固定的时间间隔，向服务器发送ping命令，以续期锁的生存时间。

异步唤醒

在某些场景下，锁的竞争可能会非常激烈。如果有多个线程同时竞争一把锁，那么只有第一个线程能够获取到锁，而其他线程都会被阻塞。在这种情况下，就可以使用异步唤醒机制来优化锁的性能。

异步唤醒机制 的原理是，当一个线程获取到锁之后，它会向服务器发送一个 notify 命令。服务器在收到 notify 命令之后，会将所有等待这把锁的线程唤醒。这样，这些线程就可以继续竞争锁。

QPS检测

在使用Redisson的时候，可以使用 monitor 命令对锁的QPS进行检测。monitor 命令会以一个固定的时间间隔，向服务器发送ping命令，以获取锁的QPS。

如果锁的QPS很高，则表示锁的竞争非常激烈。在这种情况下，就可以考虑对锁进行优化，比如增加锁的个数或使用更快的锁实现。

QPS检测的意义

检测锁的竞争情况，以便及时做出优化。
避免锁的过度竞争，从而提高系统的性能。

异步唤醒机制详解

异步唤醒机制的实现原理是，当一个线程获取到锁之后，它会向服务器发送一个 notify 命令。服务器在收到 notify 命令之后，会将所有等待这把锁的线程唤醒。这样，这些线程就可以继续竞争锁。

异步唤醒机制的实现代码如下：

    void doUnlockAsync(final RLock lock) {
        String sha1 = sha1(ScriptHelper.unlockScript);
        RedisScript<Long> script = RedisScript.of(ScriptHelper.unlockScript, Long.class);
        final AsyncRedisFuture<Long> f = redisClient.evalShaAsync(lockName, sha1, lockName, ThreadLocalRandom.current().nextLong());
        // 为确保放弃之前已获取的锁，这步十分重要，而不能直接调用f.awaitUninterruptibly()
        if (!f.awaitUninterruptibly(10, TimeUnit.SECONDS)) {
            throw new IllegalStateException("wait unlock timeout");
        }
        // 此时，这个方法已被执行
    }

这段代码首先使用 sha1 方法计算 unlockScript 脚本的SHA1值，然后使用 evalShaAsync 方法异步执行脚本。脚本的执行结果是一个数字，表示解锁是否成功。

如果解锁成功，则调用 awaitUninterruptibly 方法等待脚本执行完成。如果脚本在10秒内没有执行完成，则抛出异常。

异步唤醒机制的优点

提高了锁的性能，避免了线程长时间阻塞。
减少了锁的竞争，提高了系统的吞吐量。

异步唤醒机制的缺点

增加了系统的复杂性。
增加了系统发生死锁的风险。

QPS检测详解

QPS检测的实现原理是，当一个线程获取到锁之后，它会向服务器发送一个 monitor 命令。服务器在收到 monitor 命令之后，会以一个固定的时间间隔，向服务器发送ping命令，以获取锁的QPS。

QPS检测的实现代码如下：

    Future<RFuture<Long>> f = lockWatchdog.start(lockName);
    Thread.sleep(1000); // 暂停1秒
    long qps = lockWatchdog.getWatchdogStatus(lockName).getQps();

这段代码首先调用 start 方法启动锁监控。然后暂停1秒，以便服务器有足够的时间收集QPS数据。最后调用 getWatchdogStatus 方法获取锁的QPS。

QPS检测的优点