MongoDB 分布式锁实现指南

前言

在分布式系统中，锁是保证数据一致性的重要机制之一。MongoDB 作为一种常用的 NoSQL 数据库，提供了分布式锁的实现方式。本文将介绍 MongoDB 分布式锁的实现方式，包括悲观锁和乐观锁，并提供示例代码。

悲观锁

悲观锁是一种比较传统的锁实现方式，它的基本思想是在访问共享资源之前先加锁，防止其他线程修改数据。在 MongoDB 中，悲观锁实现方式有两种：基于 findAndModify 和基于 update。

基于 findAndModify

基于 findAndModify 的悲观锁实现方式可以分为以下几个步骤：

1. 使用 findAndModify 查询需要加锁的数据，并在查询语句中添加锁的标识，例如：

db.collection.findAndModify({
  query: { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f"), isLocked: false },
  update: { $set: { isLocked: true } },
  new: false
})

1. 如果查询返回了需要加锁的数据，则表示获取锁成功。如果没有返回数据，则需要等待一段时间后重新尝试获取锁。

2. 在使用完共享资源后，需要释放锁。释放锁的方式就是将锁的标识设置为 false，例如：

db.collection.update(
  { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f") },
  { $set: { isLocked: false } }
)

基于 update

基于 update 的悲观锁实现方式可以分为以下几个步骤：

1. 使用 update 查询需要加锁的数据，并在查询语句中添加锁的标识，例如：

db.collection.update(
  { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f"), isLocked: false },
  { $set: { isLocked: true } }
)

1. 如果查询返回了需要加锁的数据，则表示获取锁成功。如果没有返回数据，则需要等待一段时间后重新尝试获取锁。

2. 在使用完共享资源后，需要释放锁。释放锁的方式就是将锁的标识设置为 false，例如：

db.collection.update(
  { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f") },
  { $set: { isLocked: false } }
)

乐观锁

乐观锁是一种基于版本号的锁实现方式，它的基本思想是在访问共享资源之前先读取版本号，访问完毕后再更新版本号。在 MongoDB 中，乐观锁实现方式有两种：基于 update 和基于 findAndModify。

基于 update

基于 update 的乐观锁实现方式可以分为以下几个步骤：

1. 使用 findOne 查询需要加锁的数据，并获取版本号，例如：

const doc = db.collection.findOne({ _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f") })
const version = doc.version

1. 在访问共享资源之前，需要再次查询数据，并比较版本号是否相同，例如：

const newDoc = db.collection.findOne({ _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f") })
if (newDoc.version !== version) {
  throw new Error('版本号不一致，更新失败')
}

1. 如果版本号相同，则更新共享资源并更新版本号，例如：

db.collection.update(
  { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f"), version: version },
  { $set: { name: 'new name' }, $inc: { version: 1 } }
)

基于 findAndModify

基于 findAndModify 的乐观锁实现方式可以分为以下几个步骤：

1. 使用 findAndModify 查询需要加锁的数据，并获取版本号，例如：

const doc = db.collection.findAndModify({
  query: { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f") },
  update: { $inc: { version: 1 } },
  new: true
})
const version = doc.version

1. 在访问共享资源之前，需要再次查询数据，并比较版本号是否相同，例如：

const newDoc = db.collection.findOne({ _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f") })
if (newDoc.version !== version) {
  throw new Error('版本号不一致，更新失败')
}

1. 如果版本号相同，则更新共享资源并更新版本号，例如：

db.collection.update(
  { _id: ObjectId("5f7d1d1b0f2e2e2a7e9d9c0f"), version: version },
  { $set: { name: 'new name' }, $inc: { version: 1 } }
)

示例代码

以下是基于 findAndModify 的悲观锁示例代码：

function acquireLock(collection, id, timeout) {
  const start = Date.now()
  while (true) {
    const doc = collection.findAndModify({
      query: { _id: ObjectId(id), isLocked: false },
      update: { $set: { isLocked: true } },
      new: false
    })
    if (doc) {
      return true
    } else if (Date.now() - start > timeout) {
      return false
    } else {
      sleep(100)
    }
  }
}

function releaseLock(collection, id) {
  collection.update(
    { _id: ObjectId(id) },
    { $set: { isLocked: false } }
  )
}

以下是基于 update 的乐观锁示例代码：

function updateWithOptimisticLock(collection, id, updateFn) {
  const doc = collection.findOne({ _id: ObjectId(id) })
  const version = doc.version
  while (true) {
    const newDoc = collection.findOne({ _id: ObjectId(id) })
    if (newDoc.version !== version) {
      throw new Error('版本号不一致，更新失败')
    }
    const result = updateFn(newDoc)
    const { modifiedCount } = collection.update(
      { _id: ObjectId(id), version: version },
      { ...result, $inc: { version: 1 } }
    )
    if (modifiedCount === 1) {
      return true
    }
  }
}

总结

本文介绍了 MongoDB 分布式锁的实现方式，包括悲观锁和乐观锁。悲观锁基于 findAndModify 和 update，乐观锁基于版本号。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的锁实现方式。

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