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如何实现一个分布式单例对象?什么场景需要分布式单例?

article 2025/3/28 10:39:03

单例模式确保一个类在同一个进程中只有一个实例，并提供一个全局访问点。这意味着无论在哪里调用该类的实例化方法，返回的都是同一个对象实例。

在分布式系统中，无论是单台机器多个实例，还是多台机器多个实例，每个实例通常运行在独立的进程中，分布式单例是在这些多进程环境中，确保某个类的实例对象在整个分布式系统中是唯一的，即所有进程访问的都是同一个对象实例。

按照这个思路，需要确保在任意时刻，只有一个进程能够访问和修改单例对象。，而分布式场景下的分布式锁就很容易实现这个功能。

多个进程竞争分布式锁，谁抢到锁，谁此时就可以使用这个单例对象，用完之后释放这个对象，并且释放锁这样不就保证多进程中实例对象唯一了吗?

分布式锁可以用 redis 实现，三方外部存储也可以用 redis 实现。

选择合适的分布式锁机制：使用Redis的SETNX命令或者Redlock算法来实现分布式锁。SETNX命令可以尝试设置一个键，如果键不存在，则成功设置并返回1；如果键已经存在，则不执行任何操作并返回0。这可以用来模拟锁的行为。
获取锁：在尝试访问单例对象前，每个进程都需要先尝试获取分布式锁。只有成功获取锁的进程才能继续下一步操作。
从Redis加载数据：成功获取锁的进程需要从Redis中加载单例对象的数据。如果这是第一次加载，Redis中可能没有相关数据，此时可以初始化一个新的对象。
反序列化：将从Redis获取的数据反序列化为对象实例。如果Redis中没有数据，则创建一个新的对象实例。
使用对象：使用反序列化后的对象实例执行所需的操作。
序列化并存储：完成对象的使用后，将对象的数据序列化，并将其存储回Redis中，覆盖之前的版本。
释放锁：最后，释放分布式锁，允许其他进程竞争锁以使用单例对象。
异常处理：在整个过程中，还需要考虑异常处理，确保即使发生错误也能正确释放锁，避免死锁的发生。

public class DistributedSingleton {
    private static final String LOCK_KEY = "singleton_lock";
    private static final String INSTANCE_KEY = "singleton_instance";
    
    public Object getInstance() {
        // 尝试获取分布式锁
        boolean lockAcquired = acquireDistributedLock(LOCK_KEY);
        
        if (lockAcquired) {
            try {
                // 从Redis加载数据
                String serializedData = getFromRedis(INSTANCE_KEY);
                // 反序列化
                Object instance;
                if (serializedData == null) {
                    instance = new SingletonObject(); // 如果是第一次加载，创建新的实例
                } else {
                    instance = deserialize(serializedData); // 否则，反序列化已有的数据
                }  
                // 使用对象
                useInstance(instance);   
                // 序列化并存储
                String newData = serialize(instance);
                saveToRedis(INSTANCE_KEY, newData);
                return instance;
            } finally {
                // 释放锁
                releaseDistributedLock(LOCK_KEY);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("Failed to acquire lock");
        }
    }
    private void useInstance(Object instance) {
        // 执行对象的具体操作
    }
    private boolean acquireDistributedLock(String key) {
        // 实现获取分布式锁的逻辑
        return true; // 假设获取成功
    }
    private void releaseDistributedLock(String key) {
        // 实现释放分布式锁的逻辑
    }
    private String getFromRedis(String key) {
        // 从Redis获取数据
        return null; // 返回数据或null
    }
    private void saveToRedis(String key, String value) {
        // 将数据保存到Redis
    }
    private String serialize(Object obj) {
        // 序列化对象
        return ""; // 返回序列化后的字符串
    }
    private Object deserialize(String str) {
        // 反序列化对象
        return null; // 返回反序列化后的对象
    }
}