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Java精品实战案例《1000套》

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一、MongoDB的TTL机制

MongoDB的TTL索引是一种特殊的索引类型，它可以自动删除过期的数据。TTL索引适合用于处理那些在一定时间后不再需要的数据，例如会话数据、日志记录等。通过TTL索引，MongoDB可以自动定期清理数据，不需要应用程序手动管理。这一机制可以用来实现分布式锁的自动释放，即在锁过期后，系统可以自动清理锁，避免死锁的发生。

二、分布式锁的需求

在分布式系统中，分布式锁需要满足以下几个基本要求：

• 互斥性：任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
• 自动释放：客户端在锁持有期间崩溃后，锁能够自动释放，防止死锁。
• 容错性：部分节点或网络故障不应影响锁的正常工作。
• 高效性：锁的获取与释放操作应该尽可能快，减少系统开销。

MongoDB的TTL索引机制结合Spring Boot可以很好地实现分布式锁，并解决锁的自动释放问题。

三、基于MongoDB TTL的分布式锁实现原理

1.创建锁集合并设置TTL索引

在MongoDB中，我们可以为锁集合（如locks）创建TTL索引，通过指定过期时间自动删除过期的锁。每个锁文档都包含锁名、持有者、锁定时间和过期时间等字段。TTL索引会基于过期时间自动清理那些已超时的锁。

2.获取锁

当某个客户端请求获取锁时，执行以下操作：

查询locks集合，检查是否存在相同锁名的有效锁（根据锁的过期时间判断）。

如果没有有效锁，插入一条新文档，包含锁的关键信息（如锁名、持有者、锁定时间和过期时间）。

利用MongoDB的唯一索引保证同一锁名只能有一个客户端持有。

3.获取锁

由于使用了TTL索引，当锁过期时，MongoDB会自动删除该锁文档，确保锁不会因为客户端崩溃而无法释放。

4.释放锁

当客户端不再需要锁时，它可以手动删除对应的锁文档，或者由MongoDB的TTL索引自动删除。

四、Spring Boot实现分布式锁

1. 定义锁文档

我们首先在MongoDB中定义一个锁集合，包含锁的相关信息：

import org.springframework.data.annotation.Id;
import org.springframework.data.mongodb.core.index.Indexed;
import org.springframework.data.mongodb.core.mapping.Document;

import java.util.Date;

@Document(collection = "locks")
public class Lock {
    @Id
    private String id;
    
    private String lockName;
    
    private String holder;
    
    private Date lockedAt;
    
    @Indexed(expireAfterSeconds = 60)  // TTL索引，60秒后自动删除
    private Date expiresAt;

    // Getters and Setters
}

在这个定义中，expiresAt字段使用了@Indexed(expireAfterSeconds)注解，表示该字段会在锁过期后60秒自动删除。lockName用来表示锁的名称，而holder表示持有锁的客户端标识。

2. 实现锁服务

接下来，我们需要实现一个服务类，用于获取和释放锁。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate;
import org.springframework.data.mongodb.core.query.Criteria;
import org.springframework.data.mongodb.core.query.Query;
import org.springframework.data.mongodb.core.query.Update;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.Date;

@Service
public class LockService {

    @Autowired
    private MongoTemplate mongoTemplate;

    // 获取锁
    public boolean tryLock(String lockName, String clientId, int lockTimeInSeconds) {
        Query query = new Query();
        query.addCriteria(Criteria.where("lockName").is(lockName)
                .and("expiresAt").gt(new Date())); // 查找未过期的锁

        if (mongoTemplate.exists(query, Lock.class)) {
            return false; // 锁已存在，获取失败
        }

        // 插入新锁
        Lock lock = new Lock();
        lock.setLockName(lockName);
        lock.setHolder(clientId);
        lock.setLockedAt(new Date());
        lock.setExpiresAt(new Date(System.currentTimeMillis() + lockTimeInSeconds * 1000));

        mongoTemplate.insert(lock);
        return true;
    }

    // 释放锁
    public void releaseLock(String lockName, String clientId) {
        Query query = new Query();
        query.addCriteria(Criteria.where("lockName").is(lockName)
                .and("holder").is(clientId)); // 确保只有持有锁的客户端可以释放锁

        mongoTemplate.remove(query, Lock.class);
    }
}

3. 使用锁服务

在控制器或服务层中，通过注入LockService来控制对共享资源的访问。

@Service
public class SomeService {

    @Autowired
    private LockService lockService;

    public void performTask() {
        String lockName = "resource-lock";
        String clientId = "client1";

        // 尝试获取锁
        if (lockService.tryLock(lockName, clientId, 60)) {
            try {
                // 执行业务逻辑
            } finally {
                // 释放锁
                lockService.releaseLock(lockName, clientId);
            }
        } else {
            System.out.println("获取锁失败，资源已被占用");
        }
    }
}

4. 锁的自动过期

由于MongoDB的TTL机制，即便客户端未手动释放锁，TTL索引也会在锁超时后自动删除文档，保证锁不会永久占用。

五、注意事项

1. 锁的粒度：锁的粒度要根据具体需求来设置，粒度过大可能导致性能问题，过小则可能引发竞争。
2. 锁的过期时间：合理设置锁的过期时间，确保在客户端异常中断时，锁能够及时释放。
3. 网络延迟：在分布式环境中，网络延迟和分区可能影响锁的性能和可靠性，需在设计时考虑这些因素。

通过MongoDB的TTL索引，可以在分布式系统中实现自动过期的分布式锁，保证了锁的自动释放和高效管理。在Spring Boot中，通过MongoTemplate的简洁实现，我们可以轻松处理分布式锁的获取与释放逻辑，确保系统的稳定性和可靠性。

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