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golang?基于?mysql?簡單實現(xiàn)分布式讀寫鎖

更新時間：2022年09月26日 11:13:23 作者：二牛QAQ

這篇文章主要介紹了golang?基于mysql簡單實現(xiàn)分布式讀寫鎖，文章圍繞主題展開詳細的內(nèi)容介紹，具有一定的參考價值，需要的小伙伴可以參考一下

業(yè)務(wù)場景

因為項目剛上線，目前暫不打算引入其他中間件，所以打算通過 mysql 來實現(xiàn)分布式讀寫鎖；而該業(yè)務(wù)場景也滿足分布式讀寫鎖的場景，抽象后的業(yè)務(wù)場景是：特定資源 X，可以執(zhí)行 2 種操作：讀操作和寫操作，2種操作需要滿足下面條件:

執(zhí)行操作的機器分布式在不同的節(jié)點中，也就是分布式的；
讀操作是共享的，也就是說同時可以有多個 goroutine 對資源 X 執(zhí)行讀操作；
寫操作是互斥的，也就是說同一時刻只允許有一個 goroutine 對資源 X 執(zhí)行寫操作；
讀操作和寫操作是互斥的，也就是說寫操作和讀操作不能同時存在

既然需要如此實現(xiàn)，下面我們看下什么是分布式讀寫鎖。

什么是分布式讀寫鎖

大家對于鎖肯定不陌生，在 golang 中 sync.Mutex 鎖是常見的，一般用在單節(jié)點多 goroutine 中對資源的并發(fā)訪問；但是分布式場景下，單節(jié)點 sync.Mutex 加鎖的方式就會失去作用，于是人們?yōu)榱嗽诜植际江h(huán)境中實現(xiàn)對共享資源的互斥訪問，實現(xiàn)了各種分布式鎖。

而分布式讀寫鎖是比分布式鎖粒度更小的鎖，對業(yè)務(wù)場景的加鎖會更加靈活，其中分布式讀寫鎖也遵循讀寫鎖的原則：

讀模式共享，寫模式互斥。
它三種模式狀態(tài): 讀加鎖狀態(tài)、寫加鎖狀態(tài)、無鎖狀態(tài)。

分布式讀寫鎖的訪問原則與讀寫鎖類似，下面我們具體看下。

分布式讀寫鎖的訪問原則

以下列表為讀寫鎖(也就是分布式讀寫鎖)的讀寫訪問原則

當前鎖狀態(tài)	讀鎖請求	寫鎖請求
無鎖狀態(tài)	可以	可以
讀鎖狀態(tài)	可以	不可以
寫鎖狀態(tài)	不可以	不可以

讀鎖

只有在無鎖和讀鎖下可以獲取讀鎖。
讀鎖的模式下，任何請求讀鎖都可以。
讀鎖的模式下，請求寫鎖不可以，直到所有讀鎖解鎖，寫鎖才能獲取到鎖。

寫鎖

只有在無鎖狀態(tài)下可以獲取寫鎖。
寫鎖的模式下，任何請求讀鎖和寫鎖都阻塞，直到寫鎖解鎖。

具體實現(xiàn)

如果本地沒有 mysql 數(shù)據(jù)庫，可以通過這篇文章快速搭建: 如何使用 docker 搭建一個 mysql 服務(wù)

通過 gorm 連接 mysql

gorm 是一個 golang 的 orm 框架，可以使用它快速連接數(shù)據(jù)庫，具體代碼如下:

package main

import (
	"fmt"

	"gorm.io/driver/mysql"
	"gorm.io/gorm"
	"gorm.io/gorm/logger"
)
var (
	db *gorm.DB

	dbUsername = "kele"
	dbPassword = "baishi2020"
	dbHost     = "127.0.0.1:7306"
	dbDatabase = "lingmo"

	stateReadLock  = "ReadLock"
	stateWriteLock = "WriteLock"
	stateUnlock    = "Unlock"
)

type RWLock struct {
	LockMark      string `gorm:"default:'Unlock'"`
	ReadLockCount uint32 `gorm:"default:0"`
	LockReason    string
}

type Stock struct {
	gorm.Model
	RWLock
	Count int64
}

func (Stock) TableName() string {
	return "stocks"
}

func init() {
	dsn := fmt.Sprintf("%s:%s@tcp(%s)/%s?charset=utf8mb4&parseTime=True&loc=Local", dbUsername, dbPassword, dbHost, dbDatabase)

	mysqlConfig := mysql.Config{DSN: dsn}
	gormConfig := &gorm.Config{Logger: logger.Default.LogMode(logger.Info)}

	var err error
	if db, err = gorm.Open(mysql.New(mysqlConfig), gormConfig); err != nil {
		panic(err)
	}

	db.Set("db:table_options", "ENGINE = InnoDB DEFAULT CHARSET = utf8")

	// register tables
	if err = db.AutoMigrate(&Stock{}); err != nil {
		panic(err)
	}
}

func main() {
	if result := db.Model(&Stock{}).Save(&Stock{Model: gorm.Model{}, RWLock: RWLock{}, Count: 10}); result.Error != nil {
		panic(result.Error)
	}
}

首先我們定義了一個庫存表 stocks，并且在其中添加三個和讀寫鎖相關(guān)的字段，三個字段的含義如下：

LockMark: 表示某條數(shù)據(jù)加鎖的狀態(tài)，只能是讀鎖、寫鎖、無鎖狀態(tài)中的一種。
ReadLockCount: 首先讀模式是共享的，意味著可以有多個 goroutine 并發(fā)訪問，而 ReadLockCount 字段則記錄當前并發(fā)訪問的 goroutine 數(shù)量。
LockReason: 記錄當前加鎖的原因；讀鎖是最新的 goroutine 的 lockReason，寫鎖則是寫鎖 goroutine 的 lockReason。

其余則是一些 gorm 連接 mysql 邏輯，這里不再多贅述。

實現(xiàn)讀鎖模式

具體代碼如下:

func (s Stock) RLock(db *gorm.DB, lockReason string) error {
	condition := "(id = ?) AND (lock_mark != ?)"
	fields := map[string]interface{}{
		"lock_mark":       stateReadLock,
		"read_lock_count": gorm.Expr("read_lock_count + ?", 1),
		"lock_reason":     lockReason,
	}

	result := db.Model(&Stock{}).Where(condition, s.ID, stateWriteLock).Updates(fields)
	if result.Error != nil {
		return result.Error
	}
	if result.RowsAffected == 0 {
		return errors.New("failed to rlock Stock, RowsAffected=0")
	}

	return nil
}

func (s Stock) RUnlock(db *gorm.DB, UnLockReason string) error {
	sql := fmt.Sprintf(`UPDATE stocks SET read_lock_count=if(read_lock_count>0,read_lock_count-1,0), lock_mark=if(read_lock_count<1, 'Unlock', 'ReadLock'),lock_reason ='%s' where id= %d and lock_mark='%s'`, UnLockReason, s.ID, stateReadLock)
	result := db.Exec(sql)
	if result.Error != nil {
		return result.Error
	}
	if result.RowsAffected == 0 {
		return errors.New("failed to RUnlock Stock, RowsAffected=0")
	}

	return nil
}

func main() {
	if result := db.Model(&Stock{}).Save(&Stock{Model: gorm.Model{}, RWLock: RWLock{}, Count: 10}); result.Error != nil {
		panic(result.Error)
	}

	s := &Stock{Model: gorm.Model{ID: 1}}
	if result := db.Model(s).First(s); result.Error != nil {
		panic(result.Error)
	}
	if err := s.RLock(db, "readLock_reason_1"); err != nil {
		panic(err)
	}
	if err := s.RLock(db, "readLock_reason_2"); err != nil {
		panic(err)
	}

	if err := s.RUnlock(db, "readLock_unlock_1"); err != nil {
		panic(err)
	}
	if err := s.RUnlock(db, "readLock_unlock_2"); err != nil {
		panic(err)
	}
}

執(zhí)行以上代碼是可以正常運行的，下面我們分析下:

讀鎖的 sql 語句如下，只要在非寫鎖狀態(tài)下就能加讀鎖。

UPDATE `stocks` SET `lock_mark` = 'ReadLock', `lock_reason` = 'readLock_reason_1', `read_lock_count` = read_lock_count + 1, `updated_at` = '2022-09-25 14:58:45.693' WHERE (( id = 1 ) 
AND ( lock_mark != 'WriteLock' )) 
AND `stocks`.`deleted_at` IS NULL

解讀鎖的 sql 語句如下，只有在讀鎖狀態(tài)下才能解讀鎖，另外還要更新 read_lock_count 和 lock_reason 字段。

UPDATE stocks 
SET read_lock_count =
IF
    ( read_lock_count > 0, read_lock_count - 1, 0 ),
    lock_mark =
IF
    ( read_lock_count < 1, 'Unlock', 'ReadLock' ),
    lock_reason = 'readLock_unlock_1' 
WHERE
    id = 1 
    AND lock_mark = 'ReadLock'

實現(xiàn)寫鎖模式

具體代碼如下:

func (s Stock) WLock(db *gorm.DB, lockReason string) error {
	condition := "(id = ?) AND (lock_mark = ?)"
	fields := map[string]interface{}{
		"lock_mark":       stateWriteLock,
		"read_lock_count": 0,
		"lock_reason":     lockReason,
	}
	result := db.Model(&Stock{}).Where(condition, s.ID, stateUnlock).Updates(fields)
	if result.Error != nil {
		return result.Error
	}
	if result.RowsAffected == 0 {
		return errors.New("failed to WLock Stock, RowsAffected=0")
	}

	return nil
}

func (s Stock) WUnlock(db *gorm.DB, UnLockReason string) error {
	condition := "(id = ?) AND (lock_mark = ?)"
	fields := map[string]interface{}{
		"lock_mark":       stateUnlock,
		"read_lock_count": 0,
		"lock_reason":     UnLockReason,
	}

	result := db.Model(&Stock{}).Where(condition, s.ID, stateWriteLock).Updates(fields)
	if result.Error != nil {
		return result.Error
	}
	if result.RowsAffected == 0 {
		return errors.New("failed to WUnlock Stock, RowsAffected=0")
	}

	return nil
}

func main() {
	s := &Stock{Model: gorm.Model{ID: 1}}
	if result := db.Model(s).First(s); result.Error != nil {
		panic(result.Error)
	}
	if err := s.WLock(db, "writeLock_reason_1"); err != nil {
		panic(err)
	}
	if err := s.WUnlock(db, "unWriteLock_reason_1"); err != nil {
		panic(err)
	}
}

執(zhí)行以上代碼也是可以運行，下面是分析結(jié)果

寫鎖的 sql 語句如下，只有在無鎖狀態(tài)下才能加鎖成功

UPDATE `stocks` SET `lock_mark` = 'WriteLock', `lock_reason` = 'writeLock_reason_1', `read_lock_count` = 0, `updated_at` = '2022-09-25 15:06:10.71' WHERE (( id = 1 ) 
AND ( lock_mark = 'Unlock' )) 
AND `stocks`.`deleted_at` IS NULL

解寫鎖的 sql 語句如下，只有在寫鎖狀態(tài)下才能解寫鎖

UPDATE `stocks` SET `lock_mark` = 'Unlock', `lock_reason` = 'unWriteLock_reason_1', `read_lock_count` = 0, `updated_at` = '2022-09-25 15:06:10.719' WHERE (( id = 1 ) 
AND ( lock_mark = 'WriteLock' )) 
AND `stocks`.`deleted_at` IS NULL