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值得一看!分布式锁的实现之redis篇
2021-05-11 16:37:29



  作者 |  Virtuals

来源 |  urlify.cn/7FJ7Rr

为什么需要分布式锁

引入经典的秒杀情景,100件商品供客户抢。如果是单机版的话,我们使用synchronized 或者 lock 都可以实现线程安全。但是如果多个服务器的话,synchronized 和 lock 就不管用了(废话,怎么可能管用,都不在同一段代码了)。

分布式锁就是被设计出来实现多个服务器的线程安全。

很容易想到的方案是把共享变量(锁)抽取出来放在一个公共的数据库里(Redis、Memchhed)里,所有的服务器通过这个公共的资源实现数据的一致性,防止超卖。

具体实现

分布式锁的实现方式有:Memchched分布式锁、Redis分布式锁、Zookeeper分布式锁,这里我们以Redis分布式锁为例,Redis分布式锁也是现在使用得最多的

1. 思路

  • setnx加锁

    setnx是实现分布式的核心,意思是只有当前key不存在才返回1,当前key存在返回0

    这个key就是我们的“锁”,只有线程获得锁才能继续执行,执行完del这个key相当于解锁操作。这个就是redis实现分布式锁的核心,怎么样,很好理解吧

  • del解锁

2. 第一个问题:锁无法被释放

试想一下,如果你执行完set命令服务器宕机了,来不及del解锁,那么这个锁永远无法被释放,其他线程无法执行。

解决方法是key必须设置一个超时时间,即使没有被显示释放,也在超时后自动释放。

redis为我们提供了这个命令设置超时时间

  • expire key ttl 秒为单位

  • pexpire key ttl 毫秒为单位

  • expireat key timestamp

  • pexpireat key timestamp

因此加锁的操作变成:

setnx lock 1
expire lock 10

但是这两个操作不保证原子性(Redis单条操作保证原子性),如果加完锁还没设置过期时间服务器就宕机了,同样会导致死锁,因此加锁整个操作必须保证原子性。

redis提供了set+过期时间的原子操作

set lock 1 EX 10 NX
// 最终的加锁命令

3. 第二个问题:错误释放锁

第二个问题,如果线程执行时间超过TTL,当前锁被自动销毁

但是等线程执行完了,原来的del方法还会执行,它就会去执行解锁操作,把其他线程占用的锁给del了,这会产生非常严重的问题

String REDIS_Lock="lock";
String value=1;
try{
    redisUtil.setLockDistribute(REDIS_LOCK,1,10);
    ......业务逻辑
        
}finally{
    // 这个操作有可能会误删锁
    redisUtil.del(REDIS_LOCK);
}

解决方案是key的value不再是默认的了

String REDIS_Lock="lock";
String value=UUID.randomUUID().toString()+Thread.currentThread().getname();
try{
    redisUtil.setLockDistribute(REDIS_LOCK,1,10);
    ......业务逻辑
        
}finally{
    // 先判断后删除
    if(redisUtil.get(REDIS_LOCK).equals(value)){
        redisUtil.del(REDIS_LOCK);
    }
    
}

这样写其实还有个问题,判断和删除无法保证原子性,还是有可能误删。因此解锁我们使用lua脚本来保证原子性:工具类有实现lua脚本的方法。

//lua脚本删除key原子操作
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 
end

(解锁操作也可用事务来保证原子性,应付面试,实战还是lua脚本)

4. 第三个问题:超时解锁导致并发

加锁和解锁操作我们都搞定了,但是还有一个问题:如果你的线程执行时间超过ttl过期时间,锁还是被释放了,其他线程可以和次线程并发执行,这是我们并不想看到的。

因此我们要为ttl延时

我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程,用来给快要过期的锁“续航”。


5. 集群环境下可能出现的问题

redis集群环境,多个master,多个slave的情况下:

当主节点挂掉时,从节点会取而代之,但客户端无明显感知。当客户端 A 成功加锁,指令还未同步,此时主节点挂掉,从节点提升为主节点,新的主节点没有锁的数据,当客户端 B 加锁时就会成功。

也就是主结点加了锁就宕机了,从节点还没同步,当该从节点提升为主节点时就会出错。


解决方案我也不清楚....以后碰到再找资料

开源框架Redisson

上面的流程如果手写的话会要人老命,开源框架Redisson帮我们摆平一切,现在用得十分多

直接上代码:

// 注入redisson
public Redisson redisson(){
    Config config=new Config();
    config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379").setDatabase();
    return Redisson.create(config);

}
@Autowired
Redisson son;

String REDIS_Lock="lock";
String value=UUID.randomUUID().toString()+Thread.currentThread().getname();
RLock lock=son.getLock();
try{
    lock.lock();
    ......业务逻辑
        
}finally{
    lock.unlock();
}

// 这段代码会解决上述三个问题,集群环境下redis分布式锁的实现

结语

分布式锁看起来难其实原理还是很简单的,没事多看看官方文档,讲得挺细致的。



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Redis技术
创建时间:2020-02-07 19:17:47
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