redis 集群部署及分布式锁的实现

一、redis集群的部署 

• 安装redis
  确保安装文件夹有redis-trib.rb文件，通过rudy构建redis集群
• 安装ruby环境
  配置好环境变量，gem install redis 安装redis依赖

详细环境安装教程：点击打开链接

集群搭建

      redis集群最小包含3个主节点，并且每个节点都应该部署在不同的服务器上，这里测试建立3个主节点和三个从节点的redis集群，并部署在本地机器上，分别监听不同的端口（7000,7001,7100,7101,7200,7201），7000、7100、7200为三个主节点，7001、7101、7201分别为它们对应的从节点。

     在redis安装目录建立cluster文件夹，在这个目录下为这六个redis节点新建六个文件夹，名称为各自的端口名，再在建好的文件里创建如redis_7000.conf配置文件，内容为：

port 7000
#绑定监听的IP地址，默认为127.0.0.1
#bind 172.16.10.49
appendonly yes
appendfilename "appendonly_7000.aof"

# // 如果要设置最大内存空间，可添加如下两句
maxmemory 200mb
maxmemory-policy allkeys-lru

cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes_7000.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-slave-validity-factor 10
cluster-migration-barrier 1
cluster-require-full-coverage yes

端口号7000都要改成各自对应的端口号，IP地址这里测试就用默认127.0.0.1，建议使用电脑的本地ip地址。cluster-config-file参数指定了redis集群节点的配置文件名称，创建集群后生成，内容如下：

0adf165a965376913d6a4d426784371e6b0d7cf6 127.0.0.1:7101 slave 2ec1abbf3bcd7758281bcc7b6762532084c0b60c 0 1521124105758 5 connected
8d8f817d997b57ccb10049208738d5ebfdd5c2fe 127.0.0.1:7001 master - 0 1521124104759 7 connected 0-5460
9334416471942fd042f704ae8a345ab6c1adcd37 127.0.0.1:7201 slave b7fedf227aec4fc2911bdf7de2566b73e0a88045 0 1521124107358 9 connected
1030b137672c69175e7cf1d99be325329e016422 127.0.0.1:7000 myself,slave 8d8f817d997b57ccb10049208738d5ebfdd5c2fe 0 0 1 connected
b7fedf227aec4fc2911bdf7de2566b73e0a88045 127.0.0.1:7200 master - 0 1521124100754 9 connected 10923-16383
2ec1abbf3bcd7758281bcc7b6762532084c0b60c 127.0.0.1:7100 master - 0 1521124106758 2 connected 5461-10922
vars currentEpoch 9 lastVoteEpoch 0

如果配置集群后，想修改各节点的信息，如IP地址端口等，可以在这里修改，但必须每个节点下的都要改。

 

然后使用如下命令安装各服务，并启动

  安装   redis-server --service-install cluster/7100/redis_7100.conf --service-name redis7100   

  启动   redis-server --service-start --service-name redis7100                                               

删除服务 redis-server --service-uninstall --service-name redis7100

现在已经启动了六个redis服务，但六个redis并没有联系，没有实现集群。

创建集群：

ruby redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:700 0 127.0.0.1:7100 127.0.0.1:7200 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7101 127.0.0.1:7201

使用redis-trib.rb命令创建集群，ruby可以去掉。命令运行成功，则集群就创建成功了。

连接集群：

redis-cli -c -p 7200 -h 127.0.0.1

这里连接任何一个节点都可以。

redis集群工作

set keya valuea
1、先对keya 计算值
2、对16384（总槽点数）取余（得到槽点）
3、通过槽点找到对应的节点
4、在这个节点执行set keya valuea

节点，分为主节点和从节点，一个主节点下可以有多个从节点。槽点值分配在主节点上，redis中的key-value就是
存储在槽点上。
当主节点挂掉好，选举一个从节点成为主节点，若该主节点没有从节点，则集群处于fail状态，或有半数以上的主
节点挂掉，集群也处于fail状态
主节点会把key—value写入从节点

 

二、redis实现分布式锁

redis分布式的实现原理：

    1、通过setNX操作，如果存在key，不操作；不存在，才会set值，保证锁的互斥性

    2、value设置锁的到期时间，当锁超时时，进行getAndSet操作，先get旧值，再set新值，避免发生死锁。这里也可以通过设置key的有效期来避免死锁，但是setNx和exprise（设置有效期）操作非原子性，可能发生锁没有设置有效时间的问题，从而发生死锁。

实现：

spring boot 通过jdeis连接redsi集群

redis配置文件：

default.redis.maxRedirects=3
#连接池中最大连接数。高版本：maxTotal，低版本：maxActive
default.redis.maxTotal=20
#连接池中最大空闲的连接数
default.redis.maxIdle=10
#连接池中最少空闲的连接数
default.redis.minIdle=1
#当连接池资源耗尽时，调用者最大阻塞的时间，超时将跑出异常。单位，毫秒数;默认为-1.表示永不超时。高版本：maxWaitMillis，低版本：maxWait
default.redis.maxWaitMillis=3000
#连接空闲的最小时间，达到此值后空闲连接将可能会被移除。负值(-1)表示不移除
default.redis.minEvictableIdleTimeMillis=-1
#对于“空闲链接”检测线程而言，每次检测的链接资源的个数。默认为3
default.redis.numTestsPerEvictionRun=3
#“空闲链接”检测线程，检测的周期，毫秒数。如果为负值，表示不运行“检测线程”。默认为-1
default.redis.timeBetweenEvictionRunsMillis=-1
#向调用者输出“链接”资源时，是否检测是有有效，如果无效则从连接池中移除，并尝试获取继续获取。默认为false。建议保持默认值
default.redis.testOnBorrow=false
#连超时设置
default.redis.timeout=15000
#是否使用连接池
default.redis.usePool=true
#host&port
# 建议使用实际ip地址创建集群
default.redis.nodes[0]=127.0.0.1:7000
default.redis.nodes[1]=127.0.0.1:7001
default.redis.nodes[2]=127.0.0.1:7100
default.redis.nodes[3]=127.0.0.1:7101
default.redis.nodes[4]=127.0.0.1:7200
default.redis.nodes[5]=127.0.0.1:7201

通过@ConfigurationProperties注解读取配置信息：

@Component
@ConfigurationProperties(prefix = "default.redis")
public class RedisProperties {
    private int maxRedirects;
    private int maxTotal;
    private int maxIdle;
    private int minIdle;
    private int maxWaitMillis;
    private int minEvictableIdleTimeMillis;
    private int numTestsPerEvictionRun;
    private int timeBetweenEvictionRunsMillis;
    private boolean testOnBorrow;
    private int timeout;
    private boolean usePool;
    private List nodes;


    public int getMaxRedirects() {
        return maxRedirects;
    }

    public void setMaxRedirects(int maxRedirects) {
        this.maxRedirects = maxRedirects;
    }

    public int getMaxTotal() {
        return maxTotal;
    }

    public void setMaxTotal(int maxTotal) {
        this.maxTotal = maxTotal;
    }

    public int getMaxIdle() {
        return maxIdle;
    }

    public void setMaxIdle(int maxIdle) {
        this.maxIdle = maxIdle;
    }

    public int getMinIdle() {
        return minIdle;
    }

    public void setMinIdle(int minIdle) {
        this.minIdle = minIdle;
    }

    public int getMaxWaitMillis() {
        return maxWaitMillis;
    }

    public void setMaxWaitMillis(int maxWaitMillis) {
        this.maxWaitMillis = maxWaitMillis;
    }

    public int getMinEvictableIdleTimeMillis() {
        return minEvictableIdleTimeMillis;
    }

    public void setMinEvictableIdleTimeMillis(int minEvictableIdleTimeMillis) {
        this.minEvictableIdleTimeMillis = minEvictableIdleTimeMillis;
    }

    public int getNumTestsPerEvictionRun() {
        return numTestsPerEvictionRun;
    }

    public void setNumTestsPerEvictionRun(int numTestsPerEvictionRun) {
        this.numTestsPerEvictionRun = numTestsPerEvictionRun;
    }

    public int getTimeBetweenEvictionRunsMillis() {
        return timeBetweenEvictionRunsMillis;
    }

    public void setTimeBetweenEvictionRunsMillis(int timeBetweenEvictionRunsMillis) {
        this.timeBetweenEvictionRunsMillis = timeBetweenEvictionRunsMillis;
    }

    public boolean isTestOnBorrow() {
        return testOnBorrow;
    }

    public void setTestOnBorrow(boolean testOnBorrow) {
        this.testOnBorrow = testOnBorrow;
    }

    public int getTimeout() {
        return timeout;
    }

    public void setTimeout(int timeout) {
        this.timeout = timeout;
    }

    public boolean isUsePool() {
        return usePool;
    }

    public void setUsePool(boolean usePool) {
        this.usePool = usePool;
    }

    public List getNodes() {
        return nodes;
    }

    public void setNodes(List nodes) {
        this.nodes = nodes;
    }

}

redis配置类，生成redisTemplate

@Configuration
public class RedisConfig {

    @Autowired
    private RedisProperties redisProperties;

    @Bean
    public RedisClusterConfiguration redisClusterConfiguration() {
        RedisClusterConfiguration redisClusterConfiguration = new RedisClusterConfiguration();
        redisClusterConfiguration.setClusterNodes(getRedisNode());
        redisClusterConfiguration.setMaxRedirects(redisProperties.getMaxRedirects());
        return redisClusterConfiguration;
    }

    @Bean
    public JedisPoolConfig jedisPoolConfig() {
        JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
        jedisPoolConfig.setMaxIdle(redisProperties.getMaxIdle());
        jedisPoolConfig.setMaxTotal(redisProperties.getMaxTotal());
        jedisPoolConfig.setMinIdle(redisProperties.getMinIdle());
        jedisPoolConfig.setMaxWaitMillis(redisProperties.getMaxWaitMillis());
        jedisPoolConfig.setNumTestsPerEvictionRun(redisProperties.getNumTestsPerEvictionRun());
        jedisPoolConfig.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(redisProperties.getTimeBetweenEvictionRunsMillis());
        jedisPoolConfig.setTestOnBorrow(redisProperties.isTestOnBorrow());
        return jedisPoolConfig;
    }

    @Bean
    public JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory(RedisClusterConfiguration redisClusterConfiguration, JedisPoolConfig jedisPoolConfig) {
        JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory = new JedisConnectionFactory(redisClusterConfiguration, jedisPoolConfig);
        jedisConnectionFactory.setTimeout(redisProperties.getTimeout());
        return jedisConnectionFactory;
    }

    @Bean
    public RedisTemplate redisTemplate(JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory) {
        RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate();
        redisTemplate.setConnectionFactory(jedisConnectionFactory);
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        redisTemplate.setValueSerializer(new StringRedisSerializer());
        return redisTemplate;
    }

    private List getRedisNode() {
        List nodes = redisProperties.getNodes();
        if (CommonUtils.isNotEmpty(nodes)) {
            List redisNodes = nodes.stream().map(node -> {
                String[] ss = node.split(":");
                return new RedisNode(ss[0], Integer.valueOf(ss[1]));
            }).collect(Collectors.toList());
            return redisNodes;
        }
        return new ArrayList<>();
    }
}

redis锁的实现：

@Component
public class RedisLock {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(RedisLock.class);
    /* 默认锁的有效时间30s */
    private static final int DEFAULT_LOCK_EXPIRSE_MILL_SECONDS = 30 * 1000;
    /* 默认请求锁等待超时时间10s */
    private static final int DEFAULT_LOCK_WAIT_DEFAULT_TIME_OUT = 10 * 1000;
    /* 默认的轮询获取锁的间隔时间 */
    private static final int DEFAULT_LOOP_WAIT_TIME = 150;
    /* 锁的key前缀 */
    private static final String LOCK_PREFIX = "LOCK_";

    /* 是否获得锁的标志 */
    private boolean lock = false;
    /* 锁的key */
    private String lockKey;
    /* 锁的有效时间(ms) */
    private int lockExpirseTimeout;
    /* 请求锁的阻塞时间(ms) */
    private int lockWaitTimeout;

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    public boolean isLock() {
        return lock;
    }

    public void setLock(boolean lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public String getLockKey() {
        return lockKey;
    }

    public void setLockKey(String lockKey) {
        this.lockKey = LOCK_PREFIX + lockKey;
    }

    public int getLockExpirseTimeout() {
        return lockExpirseTimeout;
    }

    public void setLockExpirseTimeout(int lockExpirseTimeout) {
        this.lockExpirseTimeout = lockExpirseTimeout;
    }

    public int getLockWaitTimeout() {
        return lockWaitTimeout;
    }

    public void setLockWaitTimeout(int lockWaitTimeout) {
        this.lockWaitTimeout = lockWaitTimeout;
    }

    public void setRedisTemplate(RedisTemplate redisTemplate) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    public RedisLock() {
    }

    public RedisLock(String lockKey, int lockExpirseTimeout, int lockWaitTimeout) {
        this.lockKey = LOCK_PREFIX + lockKey;
        this.lockExpirseTimeout = lockExpirseTimeout;
        this.lockWaitTimeout = lockWaitTimeout;
    }

    public RedisLock newInstance(String lockKey) {
        RedisLock redisLock = new RedisLock(lockKey, DEFAULT_LOCK_EXPIRSE_MILL_SECONDS, DEFAULT_LOCK_WAIT_DEFAULT_TIME_OUT);
        redisLock.setRedisTemplate(this.redisTemplate);
        return redisLock;
    }

    public RedisLock newInstance(String lockKey, int lockExpirseTimeout, int lockWaitTimeout) {
        if (lockExpirseTimeout == 0 || lockWaitTimeout == 0) {
            lockExpirseTimeout = DEFAULT_LOCK_EXPIRSE_MILL_SECONDS;
            lockWaitTimeout = DEFAULT_LOCK_WAIT_DEFAULT_TIME_OUT;
        }
        RedisLock redisLock = new RedisLock(lockKey, lockExpirseTimeout, lockWaitTimeout);
        redisLock.setRedisTemplate(this.redisTemplate);
        return redisLock;
    }

    public boolean setIfAbsent(String expirseTimeStr) {
        // setIfAbsent通过jedis的setNx实现
        return this.redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(this.lockKey, expirseTimeStr);
    }

    public String getAndSet(String expiresTimeStr) {
        // 获取原来的值，并设置新的值，原子操作
        return (String) this.redisTemplate.opsForValue().getAndSet(this.lockKey, expiresTimeStr);
    }

    /**
     * 1、获得当前系统时间，计算锁的到期时间
     * 2、setNx操作，加锁
     * 3、如果，加锁成功，设置锁的到期时间，返回true；取锁失败，取出当前锁的value(到期时间)
     * 4、如果value不为空而且小于当前系统时间，进行getAndSet操作，重新设置value，并取出旧value；否则，等待间隔时间后，重复步骤2；
     * 5、如果步骤3和4取出的value一样，加锁成功，设置锁的到期时间，返回true；否则，别人加锁成功，恢复锁的value，等待间隔时间后，重复步骤2。
     */
    public boolean lock() {
        log.info("{}-----尝试获取锁...", Thread.currentThread().getName());
        int lockWaitMillSeconds = this.lockWaitTimeout;
        // key 的值，表示key的到期时间
        String redisValue = String.valueOf(System.currentTimeMillis() + this.lockExpirseTimeout);
        while (lockWaitMillSeconds > 0) {
            lock = setIfAbsent(redisValue);
            if (lock) {
                // 拿到锁,设置锁的有效期,这里可能因为故障没有被执行，锁会一直存在，这时就需要value的有效期去判断锁是否失效
                this.redisTemplate.expire(this.lockKey, lockExpirseTimeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
                log.info("{}-----获得锁", Thread.currentThread().getName());
                return lock;
            } else {
                // 锁存在，判断锁有没有过期
                String oldValue = (String) this.redisTemplate.opsForValue().get(this.lockKey);
                if (CommonUtils.isNotEmpty(oldValue) && Long.parseLong(oldValue) < System.currentTimeMillis()) {
                    // 锁的到期时间小于当前时间，说明锁已失效, 修改value，获得锁
                    String currentRedisValue = getAndSet(String.valueOf(lockExpirseTimeout + System.currentTimeMillis()));
                    // 如果两个值不相等，说明有另外一个线程拿到了锁，阻塞
                    if (currentRedisValue.equals(oldValue)) {
                        // 如果修改的锁的有效期之前没被其他线程修改，则获得锁, 设置锁的超时时间
                        redisTemplate.expire(this.lockKey, lockExpirseTimeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
                        log.info("{}-----获得锁", Thread.currentThread().getName());
                        this.lock = true;
                        return this.lock;
                    } else {
                        // 有另外一个线程获得了这个超时的锁,不修改锁的value
                        redisTemplate.opsForValue().set(this.lockKey, currentRedisValue);
                    }
                }
            }
            // 减掉固定轮询获取锁的间隔时间
            lockWaitMillSeconds -= DEFAULT_LOOP_WAIT_TIME;
            try {
                log.info("{}-----等待{}ms后，再尝试获取锁...", Thread.currentThread().getName(), DEFAULT_LOOP_WAIT_TIME);
                // 取锁失败时，应该在随机延时后进行重试，避免不同客户端同时重试导致谁都无法拿到锁的情况出现,也可以采用等待队列的方式
                Thread.sleep(DEFAULT_LOOP_WAIT_TIME);
            } catch (InterruptedException e) {
                log.error("redis 同步锁出现未知异常", e);
            }
        }
        log.info("{}-----请求锁超时，获得锁失败", Thread.currentThread().getName());
        return false;
    }

    public void unlock() {
        if (lock) {
            this.redisTemplate.delete(this.lockKey);
            this.lock = false;
        }
    }

}

加锁过程：

1、获得当前系统时间，计算锁的到期时间
2、setNx操作，加锁
3、如果，加锁成功，设置锁的到期时间，返回true；取锁失败，取出当前锁的value(到期时间)
4、如果value不为空而且小于当前系统时间，进行getAndSet操作，重新设置value，并取出旧value；否则，等待间隔时间后，重复步骤2；
5、如果步骤3和4取出的value一样，加锁成功，设置锁的到期时间，返回true；否则，别人加锁成功，恢复锁的value，等待间隔时间后，重复步骤2。

这里设置锁的到期时间，只是为了减少后面复杂逻辑的执行。

测试：

测试类

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringBootTest(classes = Application.class)
public class TestRedis {
    private CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

    @Test
    public void testRedisLock() throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                RedisLock lock = ((RedisLock) SpringContextUtil.getBean("redisLock")).newInstance("test");
                if (lock.lock()) {
                    System.out.println("work1获得锁");
                    System.out.println("work1 工作15s...");
                    try {
                        Thread.sleep(15000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("work1完成工作，释放锁");
                    lock.unlock();
                }
                countDownLatch.countDown();
            }
        },"work1").start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                RedisLock lock = ((RedisLock) SpringContextUtil.getBean("redisLock")).newInstance("test");
                if (lock.lock()) {
                    System.out.println("work2获得锁");
                    System.out.println("work2 工作5s...");
                    try {
                        Thread.sleep(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("work2完成工作，释放锁");
                    lock.unlock();
                }
                countDownLatch.countDown();
            }
        }, "work2").start();
        // 等待两个线程完成，才完成主线程
        countDownLatch.await();
    }
}

 

这里在单元测试中起两个线程work1和work2，work1模拟工作15s，work2模拟工作5s。这里为了juint的主线程不会在两个work线程完成工作之前就停止，用到了CountDownLatch，让主线程在两个work线程完成前等待。

 

上面测试有两种结果，第一种，work2先拿到锁，工作5s，work1等待(默认等待超时时间10s)，等待过程中一值尝试获取锁(默认间隔150ms)，默认锁的有效期30s，显然，5s后work2完成工作释放锁，work1获得锁，work1和work2都正常完成了工作。结果如下：

2018-03-16 14:16:50,579 5576 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----尝试获取锁...
2018-03-16 14:16:50,579 5576 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----尝试获取锁...
2018-03-16 14:16:50,598 5595 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----等待150ms后，再尝试获取锁...
2018-03-16 14:16:50,599 5596 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----获得锁
work2获得锁
work2 工作5s...
2018-03-16 14:16:50,748 5745 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----等待150ms后，再尝试获取锁...
。。。省略重复尝试获取锁日志。。。
2018-03-16 14:16:55,571 10568 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----等待150ms后，再尝试获取锁...
work2完成工作，释放锁
2018-03-16 14:16:55,722 10719 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----获得锁
work1获得锁
work1 工作15s...
work1完成工作，释放锁

 

第二种结果，work1先拿到锁，工作15s，work2等待，这里，因为work1的工作时间超过了默认的等待超时时间10s，所以work2在work1完成工作释放锁之前就因为等待超时而获取锁失败，不能完成工作，结果如下：

 

2018-03-16 14:22:45,292 5448 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----尝试获取锁...
2018-03-16 14:22:45,292 5448 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----尝试获取锁...
2018-03-16 14:22:45,308 5464 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----等待150ms后，再尝试获取锁...
2018-03-16 14:22:45,309 5465 [work1] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work1-----获得锁
work1获得锁
work1 工作15s...
2018-03-16 14:22:45,459 5615 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----等待150ms后，再尝试获取锁...
。。。省略重复尝试获取锁日志。。。
2018-03-16 14:22:55,251 15407 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----等待150ms后，再尝试获取锁...
2018-03-16 14:22:55,401 15557 [work2] INFO  c.s.component.redis.lock.RedisLock - work2-----请求锁超时，获得锁失败
。。。这里还要等待大概5s。。。
work1完成工作，释放锁