使用 Azure 儲存管理分散式系統鎖定

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分散式系統已經存在一段時間，並且在設計這些系統時已經建立了一些知名的模式。今天，我們將討論其中一個流行的模式：「鎖」。

簡單來說，鎖是進程獲得對資源的獨佔訪問權以執行某個動作的方式。例如，假設在一個存儲帳戶中有一堆 Blob，您需要一個服務實例來處理每個 Blob，以避免重複處理。這樣做的方法是對 Blob 獲取鎖，完成處理後再釋放鎖。然而，如果在釋放鎖之前進程失敗，例如因為進程崩潰或網絡分區，則可能會出現潛在問題，導致資源被無限期鎖定。這可能導致死鎖和資源競爭。

為了防止死鎖，可以採用的一種策略是使用超時或租約基礎的鎖。

超時鎖

在這種情況下，進程請求鎖的時間是預先定義的超時。如果在超時之前未釋放鎖，系統將確保鎖最終被釋放。

租約鎖

對於基於租約的鎖定，提供了一個 續租 API 以及超時機制。持有鎖的進程必須在租約到期之前調用此 API 以保持對資源的獨占訪問。如果進程未能及時續租，鎖將自動釋放，允許其他進程獲取它。

超時和基於租約的鎖定的優缺點

	Pros	Cons
基於超時的鎖	實現簡單	需要仔細選擇超時時間
	防止永久鎖定	如果處理未完成，則無法續租
基於租約的鎖	降低提前鎖過期的風險	需要租約續租的機制
		進程可以持續請求租約直到工作完成。

上述兩種策略都是在分佈式系統中快速從進程失敗或網絡分區中恢復的一種方式。

租約鎖定策略與 Azure 儲存

讓我們來看看如何使用租約鎖定策略與 Azure 儲存。這也涵蓋了超時鎖定策略。

步驟 1: 導入儲存 Blob Nuget

“12.23.0” 是撰寫本文時的最新版本。最新版本可以在 Azure 儲存 Blob 找到。

XML

<ItemGroup>

  <PackageReference Include="Azure.Storage.Blobs" Version="12.23.0" />

</ItemGroup>

步驟 2: 獲取租約

以下是獲取租約的代碼。

    public async Task<string> TryAcquireLeaseAsync(string blobName, TimeSpan durationInSeconds, string leaseId = default)

    {

        BlobContainerClient blobContainerClient = new BlobContainerClient(new Uri($"https://{storageName}.blob.core.windows.net/processors"), tokenCredential, blobClientOptions);

        BlobLeaseClient blobLeaseClient = blobContainerClient.GetBlobClient(blobName).GetBlobLeaseClient(leaseId);

​

        try

        {

            BlobLease lease = await blobLeaseClient.AcquireAsync(durationInSeconds).ConfigureAwait(false);

            return lease.LeaseId;

        }

        catch (RequestFailedException ex) when (ex.Status == 409)

        {

            return default;

        }

    }

首先，我們創建一個 Blob 容器客戶端 並檢索我們想要獲取租約的特定 blob 的 Blob 客戶端。
其次，”Acquire Async” 方法嘗試在特定持續時間內獲取租約。如果獲取成功，則返回租約 ID，否則會拋出 409（衝突的狀態碼）。
“Acquire Async” 是這裡的關鍵方法。其餘代碼可以根據您的需求進行調整/編輯。

步驟 3: 續租

“Renew Async” 是在 Storage .NET SDK 中用於續租的的方法。
如果續租不成功，則會拋出異常並附上失敗原因。

public async Task ReleaseLeaseAsync(string blobName, string leaseId)

{

  BlobLeaseClient blobLeaseClient = this.blobContainerClient.GetBlobClient(blobName).GetBlobLeaseClient(leaseId);

​

  await blobLeaseClient.RenewAsync().ConfigureAwait(false);

}

步驟 4: 協調獲取和續租方法

最初，我們呼叫「嘗試異步獲取租約」以從步驟 2 獲取租約識別碼。一旦成功，將啟動一個背景任務，每隔 X 秒呼叫步驟 3 的「異步續約租約」。請確保在超時和呼叫續約租約方法之間有足夠的時間。

string leaseId = await this.blobReadProcessor.TryAcquireLeaseAsync(blobName, TimeSpan.FromSeconds(60)).ConfigureAwait(false);

​

Task leaseRenwerTask = this.taskFactory.StartNew(

        async () =>

        {

            while (leaseId != default && !cancellationToken.IsCancellationRequested)

            {

                await Task.Delay(renewLeaseMillis).ConfigureAwait(false);

                await this.blobReadProcessor.RenewLeaseAsync(blobName, leaseId).ConfigureAwait(false);

            }

        },

        CancellationToken.None,

        TaskCreationOptions.LongRunning,

        TaskScheduler.Default);

取消令牌 用於 優雅地停止租約續約任務 當不再需要時。

步驟 5: 取消租約續約

當呼叫「取消異步」方法時，步驟 4 中的「是否請求取消」變為真，因此我們不再進入 while 循環並請求續約租約。

await cancellationTokenSource.CancelAsync().ConfigureAwait(false);

await leaseRenwerTask.WaitAsync(Timeout.InfiniteTimeSpan).ConfigureAwait(false);

步驟 6: 釋放租約

最後，釋放租約只需呼叫「釋放異步」方法。

public async Task ReleaseLeaseAsync(string blobName, string leaseId)

{

  BlobLeaseClient blobLeaseClient = this.blobContainerClient.GetBlobClient(blobName).GetBlobLeaseClient(leaseId);

​

  await blobLeaseClient.ReleaseAsync().ConfigureAwait(false);

}

結論

鎖是分散式系統中獲得對資源的獨佔訪問的基本模式之一。在處理它們時，必須記住陷阱，以確保操作的順利進行。通過使用 Azure 儲存，我們可以實現這些高效的鎖定機制，防止無限阻塞，同時提供鎖定維護的彈性。

Source:
https://dzone.com/articles/locks-in-distributed-systems-timeout-lease-based