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分布式系统中互斥算法

本文一起来看看分布式

 在单机中,多线程环境下为了解决竞争某共享资源的时候,一般采用加锁方式来解决互斥问题。而在分布式系统中,有哪些算法呢?


我们一起看看有哪些类型的分布式互斥算法。


01

集中式算法

    在集中式算法中,一般需要一个协调者。每个程序在访问临界资源的时候,需要先给协调者发送一个请求。如果当前临界资源没有使用者,则授权该程序使用该资源。如果有程序使用该资源,则给后来请求该资源的请求加入等待队列。如果资源被释放,则立即通知等待队列里面的其他程序使用。


     这种算法叫做集中式算法,因为依赖于中央服务器。从上面过程可以看出,一个程序完成一次临界资源的访问,需要给协调者发送一次请求,然后协调者向请求者发放授权,使用完资源后,向协调者释放资源的请求。此过程一共需要三次交互。


      从上面可以看成,集中式算法简单,易于实现,但是中心服务器需要处理的消息随着应用程序的增多而线性增长。此外,单一的中心服务器也容易引发单点故障。

    比如,使用Redis实现分布式锁,就类似于该算法。每个Redis客户端都会先去查询以下某个key,如果存在就认为有其他进程在使用某资源。如果访问完该资源,该客户端会删除key。

02


协商算法

     协商算法,一般每个程序都有自己的一个id。该算法的每一个使用资源的程序都需要向其他所有的程序发送请求,一般采用组播方式。若其他n-1个程序不使用该资源,则发送同意消息允许这个程序使用资源。如果某个程序也需要使用资源,则去自己缓存队列里面查看是否有其他程序请求,如果有就允许其他人先使用,正所谓先来先用。


     从上面流程大概可以看出,当需要访问临界资源的程序变多,则容易产生“信令风暴”,如果收到的请求大于自己的业务,则可能导致程序本身不可用。

   

    当某一个程序因为故障无法发送同意消息时,可能造成其他程序等待。这样分布式系统的可用性更差。解决办法一般是检测到这个程序故障,则无需等待其发送确认消息(超时确认机制)。这种分布式系统一般用在稳定的节点数量,且变动不频繁。


03


令牌环算法

     还有一种算法,可以保证了访问资源的公平性。就是令牌环算法,该算法将每个节点组成一个环,当上一个节点使用完资源后,直接通知下一个节点。如果下一个节点不需要使用资源,则直接向下传递。


    对于令牌环算法,如果某一个程序出现故障,则直接传递给下一个程序,因此每个节点都需要保存所有节点的信息。


   令牌环算法虽然解决了集中式的单点故障,也提高了公平性。但是大部分程序不使用资源的时候,又会造成使用资源的程序效率低下。因为每次都要向下传递一圈。


总结:



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