面试官：Redis分布式锁如何解决锁超时问题？
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作者：wangzaiplus
来源：https://www.jianshu.com/u/8cb4591440ca
一、前言
关于redis分布式锁, 查了很多资料, 发现很多只是实现了最基础的功能, 但是, 并没有解决当锁已超时而业务逻辑还未执行完的问题, 这样会导致: A线程超时时间设为10s(为了解决死锁问题), 但代码执行时间可能需要30s, 然后redis服务端10s后将锁删除, 此时, B线程恰好申请锁, redis服务端不存在该锁, 可以申请, 也执行了代码, 那么问题来了, A、B线程都同时获取到锁并执行业务逻辑, 这与分布式锁最基本的性质相违背: 在任意一个时刻, 只有一个客户端持有锁, 即独享
为了解决这个问题, 本文将用完整的代码和测试用例进行验证, 希望能给小伙伴带来一点帮助
二、准备工作
压测工具jmeter
https://pan.baidu.com/share/init?surl=NN0c0tDYQjBTTPA-WTT3yg
提取码: 8f2a
redis-desktop-manager客户端
https://pan.baidu.com/share/init?surl=NoJtZZZOXsk45aQYtveWbQ
提取码: 9bhf
postman
https://pan.baidu.com/share/init?surl=28sGJk4zxoOknAd-47hE7w
提取码: vfu7
也可以直接官网下载, 我这边都整理到网盘了
需要postman是因为我还没找到jmeter多开窗口的办法, 哈哈
三、说明
1、springmvc项目
2、maven依赖
org.springframework.data
spring-data-redis
1.6.5.RELEASE
redis.clients
jedis
2.7.3
3、核心类
分布式锁工具类: DistributedLock
测试接口类: PcInformationServiceImpl
锁延时守护线程类: PostponeTask
四、实现思路
先测试在不开启锁延时线程的情况下, A线程超时时间设为10s, 执行业务逻辑时间设为30s, 10s后, 调用接口, 查看是否能够获取到锁, 如果获取到, 说明存在线程安全性问题
同上, 在加锁的同时, 开启锁延时线程, 调用接口, 查看是否能够获取到锁, 如果获取不到, 说明延时成功, 安全性问题解决
五、实现
1、版本01代码
1)、DistributedLock
package com.cn.pinliang.common.util;
import com.cn.pinliang.common.thread.PostponeTask;
import com.google.common.collect.Lists;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.io.Serializable;
import java.util.Collections;
@Component
public class DistributedLock {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;
private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX";
private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "EX";
// 解锁脚本(lua)
private static final String RELEASE_LOCK_SCRIPT = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
/**
* 分布式锁
* @param key
* @param value
* @param expireTime 单位: 秒
* @return
*/
public boolean lock(String key, String value, long expireTime) {
return redisTemplate.execute((RedisCallback) redisConnection -> {
Jedis jedis = (Jedis) redisConnection.getNativeConnection();
String result = jedis.set(key, value, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);
if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {
return Boolean.TRUE;
}
return Boolean.FALSE;
});
}
/**
* 解锁
* @param key
* @param value
* @return
*/
public Boolean unLock(String key, String value) {
return redisTemplate.execute((RedisCallback) redisConnection -> {
Jedis jedis = (Jedis) redisConnection.getNativeConnection();
Object result = jedis.eval(RELEASE_LOCK_SCRIPT, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value));
if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
return Boolean.TRUE;
}
return Boolean.FALSE;
});
}
}
说明: 就2个方法, 加锁解锁, 加锁使用jedis setnx方法, 解锁执行lua脚本, 都是原子性操作
2)、PcInformationServiceImpl
public JsonResult add() throws Exception {
String key = "add_information_lock";
String value = RandomUtil.produceStringAndNumber(10);
long expireTime = 10L;
boolean lock = distributedLock.lock(key, value, expireTime);
String threadName = Thread.currentThread().getName();
if (lock) {
System.out.println(threadName + " 获得锁...............................");
Thread.sleep(30000);
distributedLock.unLock(key, value);
System.out.println(threadName + " 解锁了...............................");
} else {
System.out.println(threadName + " 未获取到锁...............................");
return JsonResult.fail("未获取到锁");
}
return JsonResult.succeed();
}
说明: 测试类很简单, value随机生成, 保证唯一, 不会在超时情况下解锁其他客户端持有的锁
3)、打开redis-desktop-manager客户端, 刷新缓存, 可以看到, 此时是没有add_information_lock的key的
4)、启动jmeter, 调用接口测试
设置5个线程同时访问, 在10s的超时时间内查看redis, add_information_lock存在, 多次调接口, 只有一个线程能够获取到锁
redis
1-4个请求, 都未获取到锁
第5个请求, 获取到锁
OK, 目前为止, 一切正常, 接下来测试10s之后, A仍在执行业务逻辑, 看别的线程是否能获取到锁
可以看到, 操作成功, 说明A和B同时执行了这段本应该独享的代码, 需要优化。
2、版本02代码
1)、DistributedLock
package com.cn.pinliang.common.util;
import com.cn.pinliang.common.thread.PostponeTask;
import com.google.common.collect.Lists;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.io.Serializable;
import java.util.Collections;
@Component
public class DistributedLock {
@Autowired
private RedisTemplate redisTemplate;
private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;
private static final Long POSTPONE_SUCCESS = 1L;
private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX";
private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "EX";
// 解锁脚本(lua)
private static final String RELEASE_LOCK_SCRIPT = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
// 延时脚本
private static final String POSTPONE_LOCK_SCRIPT = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) else return '0' end";
/**
* 分布式锁
* @param key
* @param value
* @param expireTime 单位: 秒
* @return
*/
public boolean lock(String key, String value, long expireTime) {
// 加锁
Boolean locked = redisTemplate.execute((RedisCallback) redisConnection -> {
Jedis jedis = (Jedis) redisConnection.getNativeConnection();
String result = jedis.set(key, value, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);
if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {
return Boolean.TRUE;
}
return Boolean.FALSE;
});
if (locked) {
// 加锁成功, 启动一个延时线程, 防止业务逻辑未执行完毕就因锁超时而使锁释放
PostponeTask postponeTask = new PostponeTask(key, value, expireTime, this);
Thread thread = new Thread(postponeTask);
thread.setDaemon(Boolean.TRUE);
thread.start();
}
return locked;
}
/**
* 解锁
* @param key
* @param value
* @return
*/
public Boolean unLock(String key, String value) {
return redisTemplate.execute((RedisCallback) redisConnection -> {
Jedis jedis = (Jedis) redisConnection.getNativeConnection();
Object result = jedis.eval(RELEASE_LOCK_SCRIPT, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value));
if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
return Boolean.TRUE;
}
return Boolean.FALSE;
});
}
/**
* 锁延时
* @param key
* @param value
* @param expireTime
* @return
*/
public Boolean postpone(String key, String value, long expireTime) {
return redisTemplate.execute((RedisCallback) redisConnection -> {
Jedis jedis = (Jedis) redisConnection.getNativeConnection();
Object result = jedis.eval(POSTPONE_LOCK_SCRIPT, Lists.newArrayList(key), Lists.newArrayList(value, String.valueOf(expireTime)));
if (POSTPONE_SUCCESS.equals(result)) {
return Boolean.TRUE;
}
return Boolean.FALSE;
});
}
}
说明: 新增了锁延时方法, lua脚本, 自行脑补相关语法
2)、PcInformationServiceImpl不需要改动
3)、PostponeTask
package com.cn.pinliang.common.thread;
import com.cn.pinliang.common.util.DistributedLock;
public class PostponeTask implements Runnable {
private String key;
private String value;
private long expireTime;
private boolean isRunning;
private DistributedLock distributedLock;
public PostponeTask() {
}
public PostponeTask(String key, String value, long expireTime, DistributedLock distributedLock) {
this.key = key;
this.value = value;
this.expireTime = expireTime;
this.isRunning = Boolean.TRUE;
this.distributedLock = distributedLock;
}
@Override
public void run() {
long waitTime = expireTime * 1000 * 2 / 3;// 线程等待多长时间后执行
while (isRunning) {
try {
Thread.sleep(waitTime);
if (distributedLock.postpone(key, value, expireTime)) {
System.out.println("延时成功...........................................................");
} else {
this.stop();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
private void stop() {
this.isRunning = Boolean.FALSE;
}
}
说明: 调用lock同时, 立即开启PostponeTask线程, 线程等待超时时间的2/3时间后, 开始执行锁延时代码, 如果延时成功, add_information_lock这个key会一直存在于redis服务端, 直到业务逻辑执行完毕, 因此在此过程中, 其他线程无法获取到锁, 也即保证了线程安全性
下面是测试结果
10s后, 查看redis服务端, add_information_lock仍存在, 说明延时成功
此时用postman再次请求, 发现获取不到锁
看一下控制台打印
A线程在19:09:11获取到锁, 在10 * 2 / 3 = 6s后进行延时, 成功, 保证了业务逻辑未执行完毕的情况下不会释放锁
A线程执行完毕, 锁释放, 其他线程又可以竞争锁
OK, 目前为止, 解决了锁超时而业务逻辑仍在执行的锁冲突问题, 还很简陋, 而最严谨的方式还是使用官方的 Redlock 算法实现, 其中 Java 包推荐使用 redisson, 思路差不多其实, 都是在快要超时时续期, 以保证业务逻辑未执行完毕不会有其他客户端持有锁