Etcd教程 — 第九章 Etcd之实现分布式锁

一、通过 Etcd txn 实现分布式锁

通过Etcd实现分布式锁，同样需要满足一致性、互斥性和可靠性等要求。Etcd中的事务 txn、lease租约以及 watch 监听特性，能够使得基于Etcd实现上述要求的分布式锁。

1.1 思路分析

1. 通过 Etcd 的事务特性可以帮助我们实现一致性和互斥性。Etcd 的事务特性，使用的 IF-Then-Else 语句，IF 语言判断 Etcd 服务端是否存在指定的 key，即该 key 创建版本号 create_revision 是否为 0 来检查 key 是否已存在，因为该 key 已存在的话，它的 create_revision 版本号就不是 0。

2. 满足 IF 条件的情况下则使用 then 执行 put 操作，否则 else 语句返回抢锁失败的结果。当然，除了使用 key 是否创建成功作为 IF 的判断依据，还可以创建前缀相同的 key，比较这些 key 的 revision 来判断分布式锁应该属于哪个请求。

3. 客户端请求在获取到分布式锁之后，如果发生异常，需要及时将锁给释放掉。因此需要租约，当我们申请分布式锁的时候需要指定租约时间。超过 lease 租期时间将会自动释放锁，保证了业务的可用性。

4. 是不是这样就够了呢？在执行业务逻辑时，如果客户端发起的是一个耗时的操作，操作未完成的请情况下，租约时间过期，导致其他请求获取到分布式锁，造成不一致。这种情况下则需要续租，即刷新租约，使得客户端能够和 etcd 服务端保持心跳。

二、具体实现

2.1 流程图

我们基于如上分析的思路，绘制出实现 etcd 分布式锁的流程图，如下所示：

2.2 实现代码

基于 Go 语言实现的 etcd 分布式锁，测试代码如下所示：

func TestLock(t *testing.T) {
	// 客户端配置
	config = clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"localhost:2379"},
		DialTimeout: 5 * time.Second,
	}
	// 建立连接
	if client, err = clientv3.New(config); err != nil {
		fmt.Println(err)
		return
	}

	// 1. 上锁并创建租约
	lease = clientv3.NewLease(client)

	if leaseGrantResp, err = lease.Grant(context.TODO(), 5); err != nil {
		panic(err)
	}
	leaseId = leaseGrantResp.ID

	// 2 自动续约
	// 创建一个可取消的租约，主要是为了退出的时候能够释放
	ctx, cancelFunc = context.WithCancel(context.TODO())

	// 3. 释放租约
	defer cancelFunc()
	defer lease.Revoke(context.TODO(), leaseId)

	if keepRespChan, err = lease.KeepAlive(ctx, leaseId); err != nil {
		panic(err)
	}
	// 续约应答
	go func() {
		for {
			select {
			case keepResp = <-keepRespChan:
				if keepRespChan == nil {
					fmt.Println("租约已经失效了")
					goto END
				} else { // 每秒会续租一次, 所以就会受到一次应答
					fmt.Println("收到自动续租应答:", keepResp.ID)
				}
			}
		}
	END:
	}()

	// 1.3 在租约时间内去抢锁（etcd 里面的锁就是一个 key）
	kv = clientv3.NewKV(client)

	// 创建事务
	txn = kv.Txn(context.TODO())

	//if 不存在 key，then 设置它，else 抢锁失败
	txn.If(clientv3.Compare(clientv3.CreateRevision("lock"), "=", 0)).
		Then(clientv3.OpPut("lock", "g", clientv3.WithLease(leaseId))).
		Else(clientv3.OpGet("lock"))

	// 提交事务
	if txnResp, err = txn.Commit(); err != nil {
		panic(err)
	}

	if !txnResp.Succeeded {
		fmt.Println("锁被占用:", string(txnResp.Responses[0].GetResponseRange().Kvs[0].Value))
		return
	}

	// 抢到锁后执行业务逻辑，没有抢到退出
	fmt.Println("处理任务")
	time.Sleep(5 * time.Second)

}

预期的执行结果如下所示：

=== RUN   TestLock
处理任务
收到自动续租应答: 7587848943239472601
收到自动续租应答: 7587848943239472601
收到自动续租应答: 7587848943239472601
--- PASS: TestLock (5.10s)
PASS

总得来说，如上关于 etcd 分布式锁的实现过程分为四个步骤：

1. 客户端初始化与建立连接；
2. 创建租约，自动续租；
3. 创建事务，获取锁；
4. 执行业务逻辑，最后释放锁。

创建租约的时候，需要创建一个可取消的租约，主要是为了退出的时候能够释放。释放锁对应的步骤，在上面的 defer 语句中。当 defer 租约关掉的时候，分布式锁对应的 key 就会被释放掉了。