Redis分布式事务锁实现

Redis事务锁

在不同进程需要互斥地访问共享资源时，分布式锁是一种非常有用的技术手段。本文采用Spring Data Redis实现一下Redis的分布式事务锁。

Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对Redis的连接并不存在竞争关系。

SETNX命令（SET if Not eXists）语法：

SETNX key value

若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作，并返回0。

安全性：保证互斥，在任何时候，只有一个客户端可以持有锁
无死锁：即使当前持有锁的客户端崩溃或者从集群中被分开了，其它客户端最终总是能够获得锁。
容错性：只要大部分的 Redis 节点在线，那么客户端就能够获取和释放锁。

使用Spring redisTemplate的实现

使用redisTemplate实现需要配合redis 的eval实现，在Spring Data Redis的官方文档中Redis Scripting一节有相关的说明。

先看一下Spring Redis文档中是如何使用eval的：

@Bean
public RedisScript<Boolean> script() {
  DefaultRedisScript<Boolean> redisScript = new DefaultRedisScript<Boolean>();
  redisScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("META-INF/scripts/checkandset.lua")));
  redisScript.setResultType(Boolean.class);
}

public class Example {
  @Autowired
  RedisScript script;
  public boolean checkAndSet(String expectedValue, String newValue) {
    return redisTemplate.execute(script, Collections.singletonList("key"), expectedValue, newValue);
  }
}

 -- checkandset.lua local
 current = redis.call('GET', KEYS[1])
 if current == ARGV[1]
   then redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[2])
   return true
 end
 return false

关于eval函数以及Lua脚本在此不进行赘述，下面来看一下我们如何使用redisTemplate实现事务锁。

定义事务锁的Bean：

public class RedisLock {
    private String key;
    private final UUID uuid;
    private long lockTimeout;

    private long startLockTimeMillis;
    private long getLockTimeMillis;
    private int tryCount;

    public RedisLock(String key, UUID uuid, long lockTimeout, long startLockTimeMillis, long getLockTimeMillis, int tryCount) {
        this.key = key;
        this.uuid = uuid;
        this.lockTimeout = lockTimeout;
        this.startLockTimeMillis = startLockTimeMillis;
        this.getLockTimeMillis = getLockTimeMillis;
        this.tryCount = tryCount;
    }

    public String getKey() {
        return key;
    }

    public void setKey(String key) {
        this.key = key;
    }

    public UUID getUuid() {
        return uuid;
    }

    public long getLockTimeout() {
        return lockTimeout;
    }

    public void setLockTimeout(long lockTimeout) {
        this.lockTimeout = lockTimeout;
    }

    public long getGetLockTimeMillis() {
        return getLockTimeMillis;
    }

    public void setGetLockTimeMillis(long getLockTimeMillis) {
        this.getLockTimeMillis = getLockTimeMillis;
    }

    public long getStartLockTimeMillis() {
        return startLockTimeMillis;
    }

    public void setStartLockTimeMillis(long startLockTimeMillis) {
        this.startLockTimeMillis = startLockTimeMillis;
    }

    public int getTryCount() {
        return tryCount;
    }

    public void setTryCount(int tryCount) {
        this.tryCount = tryCount;
    }
}

创建获取锁操作：

// 锁的过期时间，单位毫秒
private static final long DEFAULT_LOCK_TIME_OUT = 3000;   // 争抢锁的超时时间，单位毫秒，0代表永不超时（一直抢到锁为止）
private static final long DEFAULT_TRY_LOCK_TIME_OUT = 0;  
//拿锁的EVAL函数
private static final String LUA_SCRIPT_LOCK = "return redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1], 'NX', 'PX', ARGV[2]) ";
//释放锁的EVAL函数
private static RedisScript scriptLock = new DefaultRedisScript(LUA_SCRIPT_LOCK, String.class);

获取锁的方法：

public static RedisLock lock(int dbIndex, String key, long lockTimeout, long tryLockTimeout) {
    long timestamp = System.currentTimeMillis();
    try {
        //锁的名称
        key = key + ".lock";

        UUID uuid = UUID.randomUUID();

        int tryCount = 0;

        //在超时之前，循环尝试拿锁
        while (tryLockTimeout == 0 || (System.currentTimeMillis() - timestamp) < tryLockTimeout) {

//执行拿锁的操作，注意这里，后面的三个参数分别对应了scriptLock字符串中的三个变量值，KEYS[1]，ARGV[1]，ARGV[2]，含义为锁的key，key对应的value，以及key 的存在时间(单位毫秒)

String result = redisTemplate.execute(scriptLock, redisTemplate.getStringSerializer(), redisTemplate.getStringSerializer(), Collections.singletonList(key), uuid.toString(),
                        String.valueOf(lockTimeout));
    tryCount++;
    //返回“OK”代表拿到锁
    if (result != null && result.equals("OK")) {
        return new RedisLock(key, uuid, lockTimeout, timestamp, System.currentTimeMillis(), tryCount);
    } else {
        try {
            //如果失败，休息50毫秒继续重试（自旋锁）
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
        }
    }
}
logger.error("Fail to get lock key");
}
return null;
}

上述代码就是通过redisTemplate实现的redis 的分布式锁，如果创建Bean成功则说明拿到锁，否则拿锁失败，核心是采用Redis 的eval函数，使用类似CAS的操作，进行拿锁，如果拿锁成功，则返回“OK”，如果失败，休眠然后继续尝试拿锁，直到超时。

释放锁操作：

private static final String LUA_SCRIPT_UNLOCK = 
            "if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then "
            + "return redis.call('DEL',KEYS[1]) " 
            + "else " + "return 0 " + "end";


private static RedisScript<String> scriptUnlock = 
        new DefaultRedisScript<String>(LUA_SCRIPT_UNLOCK,
            String.class);

public static void unLock(int dbIndex, RedisLock lock) {                                                                 

    redisTemplate.execute(scriptUnlock,
                  redisTemplate.getStringSerializer(),
                  redisTemplate.getStringSerializer(),     
                  Collections.singletonList(lock.getKey()),     
                  lock.getUuid().toString());
}

上述就是使用Redis来实现分布式锁，其方法是采用Redis String 的 SET进行实现，SET 命令的行为可以通过一系列参数来修改：

• EX second ：设置键的过期时间为 second 秒。 SET key value EX second 效果等同于 SETEX key second value 。
• PX millisecond ：设置键的过期时间为 millisecond 毫秒。 SET key value PX millisecond 效果等同于 PSETEX key millisecond value 。
• NX ：只在键不存在时，才对键进行设置操作。 SET key value NX 效果等同于 SETNX key value 。
• XX ：只在键已经存在时，才对键进行设置操作。

具体更多详情，请参看Redis文档

http://redisdoc.com/string/set.html