当我们在设计分布式锁的时候,我们应该考虑分布式锁至少要满足的一些条件,同时考虑如何高效的设计分布式锁,这里我认为以下几点是必须要考虑的。
在分布式高并发的条件下,我们最需要保证,同一时刻只能有一个线程获得锁,这是最基本的一点。
在分布式高并发的条件下,比如有个线程获得锁的同时,还没有来得及去释放锁,就因为系统故障或者其它原因使它无法执行释放锁的命令,导致其它线程都无法获得锁,造成死锁。所以分布式非常有必要设置锁的有效时间,确保系统出现故障后,在一定时间内能够主动去释放锁,避免造成死锁的情况。
对于访问量大的共享资源,需要考虑减少锁等待的时间,避免导致大量线程阻塞。
所以在锁的设计时,需要考虑两点。
1、锁的颗粒度要尽量小
。比如你要通过锁来减库存,那这个锁的名称你可以设置成是商品的ID,而不是任取名称。这样这个锁只对当前商品有效,锁的颗粒度小。
2、锁的范围尽量要小
。比如只要锁2行代码就可以解决问题的,那就不要去锁10行代码了。
我们知道ReentrantLock是可重入锁,那它的特点就是:同一个线程可以重复拿到同一个资源的锁。重入锁非常有利于资源的高效利用。关于这点之后会做演示。
针对以上 Redisson都能很好的满足,下面就来分析下它。
为了更好的理解分布式锁的原理,我这边自己画张图通过这张图来分析。
线程去获取锁,获取成功: 执行 lua脚本,保存数据到 redis数据库。
线程去获取锁,获取失败: 一直通过 while循环尝试获取锁,获取成功后,执行 lua脚本,保存数据到 redis数据库。
在一个分布式环境下,假如一个线程获得锁后,突然服务器宕机了,那么这个时候在一定时间后这个锁会自动释放,你也可以设置锁的有效时间(不设置默认30秒),这样的目的主要是防止死锁的发生。
但在实际开发中会有下面一种情况:
1 //设置锁1秒过去
2 redissonLock.lock("redisson", 1);
3 /**
4 * 业务逻辑需要咨询2秒
5 */
6 redissonLock.release("redisson");
7
8 /**
9 * 线程1 进来获得锁后,线程一切正常并没有宕机,但它的业务逻辑需要执行2秒,这就会有个问题,在 线程1 执行1秒后,这个锁就自动过期了,
10 * 那么这个时候 线程2 进来了。那么就存在 线程1和线程2 同时在这段业务逻辑里执行代码,这当然是不合理的。
11 * 而且如果是这种情况,那么在解锁时系统会抛异常,因为解锁和加锁已经不是同一线程了,具体后面代码演示。
12 */
所以这个时候看门狗
就出现了,它的作用就是 线程1 业务还没有执行完,时间就过了,线程1 还想持有锁的话,就会启动一个 watch dog后台线程,不断的延长锁 key的生存时间。注意:正常这个看门狗线程是不启动的,还有就是这个看门狗启动后对整体性能也会有一定影响,所以不建议开启看门狗。
这个不用多说,主要是如果你的业务逻辑复杂的话,通过封装在 lua脚本中发送给redis,而且 redis是单线程的,这样就保证这段复杂业务逻辑执行的原子性。
Redisson可以实现可重入加锁机制的原因,我觉得跟两点有关:
1、Redis存储锁的数据类型是 Hash类型
2、Hash数据类型的key值包含了当前线程信息。
这里表面数据类型是 Hash类型,Hash类型相当于我们 java的
类型,这里key是指 ‘redisson’
它的有效期还有9秒,我们再来看里们的 key值为 078e44a3-5f95-4e24-b6aa-80684655a15a:45
它的组成是:
guid + 当前线程的ID。后面的 value是就和可重入加锁有关。
举图说明
上面这图的意思就是可重入锁的机制,它最大的优点就是相同线程不需要在等待锁,而是可以直接进行相应操作。
Redis分布式锁会有个缺陷,就是在 Redis哨兵模式下:
客户端1
对某个master节点
写入了 redisson锁,此时会异步复制给对应的 slave节点。但是这个过程中一旦发生 master节点宕机,主备切换,slave节点从变为了 master节点。
这时客户端2
来尝试加锁的时候,在新的 master节点上也能加锁,此时就会导致多个客户端对同一个分布式锁完成了加锁。
这时系统在业务语义上一定会出现问题,导致各种脏数据的产生。
缺陷
在哨兵模式或者主从模式下,如果 master实例宕机的时候,可能导致多个客户端同时完成加锁。
public interface RLock extends Lock, RExpirable, RLockAsync
很明显 RLock是继承 Lock锁,所以他有 Lock锁的所有特性,比如lock、unlock、trylock等特性,同时它还有很多新特性:强制锁释放,带有效期的锁,。
这里针对上面做个整理,这里列举几个常用的接口说明
1 public interface RRLock {
2 //----------------------Lock接口方法-----------------------
3
4 /**
5 * 加锁 锁的有效期默认30秒
6 */
7 void lock();
8 /**
9 * tryLock()方法是有返回值的,它表示用来尝试获取锁,如果获取成功,则返回true,如果获取失败(即锁已被其他线程获取),则返回false .
10 */
11 boolean tryLock();
12 /**
13 * tryLock(long time, TimeUnit unit)方法和tryLock()方法是类似的,只不过区别在于这个方法在拿不到锁时会等待一定的时间,
14 * 在时间期限之内如果还拿不到锁,就返回false。如果如果一开始拿到锁或者在等待期间内拿到了锁,则返回true。
15 *
16 * @param time 等待时间
17 * @param unit 时间单位 小时、分、秒、毫秒等
18 */
19 boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
20 /**
21 * 解锁
22 */
23 void unlock();
24 /**
25 * 中断锁 表示该锁可以被中断 假如A和B同时调这个方法,A获取锁,B为获取锁,那么B线程可以通过
26 * Thread.currentThread().interrupt(); 方法真正中断该线程
27 */
28 void lockInterruptibly();
29
30 //----------------------RLock接口方法-----------------------
31 /**
32 * 加锁 上面是默认30秒这里可以手动设置锁的有效时间
33 *
34 * @param leaseTime 锁有效时间
35 * @param unit 时间单位 小时、分、秒、毫秒等
36 */
37 void lock(long leaseTime, TimeUnit unit);
38 /**
39 * 这里比上面多一个参数,多添加一个锁的有效时间
40 *
41 * @param waitTime 等待时间
42 * @param leaseTime 锁有效时间
43 * @param unit 时间单位 小时、分、秒、毫秒等
44 */
45 boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
46 /**
47 * 检验该锁是否被线程使用,如果被使用返回True
48 */
49 boolean isLocked();
50 /**
51 * 检查当前线程是否获得此锁(这个和上面的区别就是该方法可以判断是否当前线程获得此锁,而不是此锁是否被线程占有)
52 * 这个比上面那个实用
53 */
54 boolean isHeldByCurrentThread();
55 /**
56 * 中断锁 和上面中断锁差不多,只是这里如果获得锁成功,添加锁的有效时间
57 * @param leaseTime 锁有效时间
58 * @param unit 时间单位 小时、分、秒、毫秒等
59 */
60 void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit);
61 }
RLock相关接口,主要是新添加了 leaseTime
属性字段,主要是用来设置锁的过期时间,避免死锁。
public class RedissonLock extends RedissonExpirable implements RLock
RedissonLock实现了 RLock接口,所以实现了接口的具体方法。这里我列举几个方法说明下
1 @Override
2 public void lock() {
3 try {
4 lockInterruptibly();
5 } catch (InterruptedException e) {
6 Thread.currentThread().interrupt();
7 }
8 }
发现 lock锁里面进去其实用的是lockInterruptibly
(中断锁,表示可以被中断),而且捕获异常后用 Thread.currentThread().interrupt()来真正中断当前线程,其实它们是搭配一起使用的。
具体有关 lockInterruptibly()方法讲解推荐一个博客。博客
:Lock的lockInterruptibly()
接下来执行流程,这里理下关键几步
1 /**
2 * 1、带上默认值调另一个中断锁方法
3 */
4 @Override
5 public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
6 lockInterruptibly(-1, null);
7 }
8 /**
9 * 2、另一个中断锁的方法
10 */
11 void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException
12 /**
13 * 3、这里已经设置了锁的有效时间默认为30秒 (commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout()=30)
14 */
15 RFuture ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
16 /**
17 * 4、最后通过lua脚本访问Redis,保证操作的原子性
18 */
19 RFuture tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand command) {
20 internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
21
22 return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
23 "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
24 "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
25 "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
26 "return nil; " +
27 "end; " +
28 "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
29 "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
30 "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
31 "return nil; " +
32 "end; " +
33 "return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
34 Collections.
那么void lock(long leaseTime, TimeUnit unit)方法其实和上面很相似了,就是从上面第二步开始的。
接口的参数和含义上面已经说过了,现在我们开看下源码,这里只显示一些重要逻辑。
1 @Override
2 public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
3 long time = unit.toMillis(waitTime);
4 long current = System.currentTimeMillis();
5 long threadId = Thread.currentThread().getId();
6 Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
7 //1、 获取锁同时获取成功的情况下,和lock(...)方法是一样的 直接返回True,获取锁False再往下走
8 if (ttl == null) {
9 return true;
10 }
11 //2、如果超过了尝试获取锁的等待时间,当然返回false 了。
12 time -= System.currentTimeMillis() - current;
13 if (time <= 0) {
14 acquireFailed(threadId);
15 return false;
16 }
17
18 // 3、订阅监听redis消息,并且创建RedissonLockEntry,其中RedissonLockEntry中比较关键的是一个 Semaphore属性对象,用来控制本地的锁请求的信号量同步,返回的是netty框架的Future实现。
19 final RFuture subscribeFuture = subscribe(threadId);
20 // 阻塞等待subscribe的future的结果对象,如果subscribe方法调用超过了time,说明已经超过了客户端设置的最大wait time,则直接返回false,取消订阅,不再继续申请锁了。
21 // 只有await返回true,才进入循环尝试获取锁
22 if (!await(subscribeFuture, time, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
23 if (!subscribeFuture.cancel(false)) {
24 subscribeFuture.addListener(new FutureListener() {
25 @Override
26 public void operationComplete(Future future) throws Exception {
27 if (subscribeFuture.isSuccess()) {
28 unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
29 }
30 }
31 });
32 }
33 acquireFailed(threadId);
34 return false;
35 }
36
37 //4、如果没有超过尝试获取锁的等待时间,那么通过While一直获取锁。最终只会有两种结果
38 //1)、在等待时间内获取锁成功 返回true。2)等待时间结束了还没有获取到锁那么返回false。
39 while (true) {
40 long currentTime = System.currentTimeMillis();
41 ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
42 // 获取锁成功
43 if (ttl == null) {
44 return true;
45 }
46 // 获取锁失败
47 time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
48 if (time <= 0) {
49 acquireFailed(threadId);
50 return false;
51 }
52 }
53 }
[](javascript:void(0)
重点
tryLock一般用于特定满足需求的场合,但不建议作为一般需求的分布式锁,一般分布式锁建议用 void lock(long leaseTime, TimeUnit unit)。因为从性能上考虑,在高并发情况下后者效率是前者的好几倍
解锁的逻辑很简单。
1 @Override
2 public void unlock() {
3 // 1.通过 Lua 脚本执行 Redis 命令释放锁
4 Boolean opStatus = commandExecutor.evalWrite(getName(), LongCodec.INSTANCE,
5 RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
6 "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
7 "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
8 "return 1; " +
9 "end;" +
10 "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
11 "return nil;" +
12 "end; " +
13 "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
14 "if (counter > 0) then " +
15 "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
16 "return 0; " +
17 "else " +
18 "redis.call('del', KEYS[1]); " +
19 "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
20 "return 1; "+
21 "end; " +
22 "return nil;",
23 Arrays.
使用 EVAL 命令执行 Lua 脚本来释放锁:
publish
命令发布释放锁消息并返回 1
。nil
。hincrby
对锁的值减一。0
;如果刚才释放的已经是最后一把锁,则执行 del
命令删除锁的 key,并发布锁释放消息,返回 1
。注意这里有个实际开发过程中,容易出现很容易出现上面第二步异常,非锁的持有者释放锁时抛出异常。比如下面这种情况
1 //设置锁1秒过去
2 redissonLock.lock("redisson", 1);
3 /**
4 * 业务逻辑需要咨询2秒
5 */
6 redissonLock.release("redisson");
7 /**
8 * 线程1 进来获得锁后,线程一切正常并没有宕机,但它的业务逻辑需要执行2秒,这就会有个问题,在 线程1 执行1秒后,这个锁就自动过期了,
9 * 那么这个时候 线程2 进来了。在线程1去解锁就会抛上面这个异常(因为解锁和当前锁已经不是同一线程了)
10 */
项目总体技术选型
SpringBoot2.1.5 + Maven3.5.4 + Redisson3.5.4 + lombok(插件)
该项目支持 自定义注解加锁
和 常规加锁
两种模式
自定义注解加锁
1 @DistributedLock(value="goods", leaseTime=5)
2 public String lockDecreaseStock(){
3 //业务逻辑
4 }
常规加锁
1 //1、加锁
2 redissonLock.lock("redisson", 10);
3 //2、业务逻辑
4 //3、解锁
5 redissonLock.unlock("redisson");
该项目支持四种 Redis部署方式
1、单机模式部署
2、集群模式部署
3、主从模式部署
4、哨兵模式部署
该项目已经实现支持上面四种模式,你要采用哪种只需要修改配置文件 application.properties
,项目代码不需要做任何修改。
1 redis-distributed-lock-core # 核心实现
2 |
3 ---src
4 |
5 ---com.jincou.redisson
6 |# 通过注解方式 实现分布式锁
7 ---annotation
8 |# 配置类实例化RedissonLock
9 ---config
10 |# 放置常量信息
11 ---constant
12 |# 读取application.properties信息后,封装到实体
13 ---entity
14 |# 支持单机、集群、主从、哨兵 代码实现
15 ---strategy
16
17 redis-distributed-lock-web-test # 针对上面实现类的测试类
18 |
19 ---src
20 |
21 ---java
22 |
23 ---com.jincou.controller
24 |# 测试 基于注解方式实现分布式锁
25 ---AnnotatinLockController.java
26 |# 测试 基于常规方式实现分布式锁
27 ---LockController.java
28 ---resources
29 | # 配置端口号 连接redis信息(如果确定部署类型,那么将连接信息放到core项目中)
30 ---application.properties
模拟1秒内100个线程
请求接口,来测试结果是否正确。同时测试3中不同的锁:lock锁、trylock锁、注解锁。
1 /**
2 * 模拟这个是商品库存
3 */
4 public static volatile Integer TOTAL = 10;
5
6 @GetMapping("lock-decrease-stock")
7 public String lockDecreaseStock() throws InterruptedException {
8 redissonLock.lock("lock", 10);
9 if (TOTAL > 0) {
10 TOTAL--;
11 }
12 Thread.sleep(50);
13 log.info("======减完库存后,当前库存===" + TOTAL);
14 //如果该线程还持有该锁,那么释放该锁。如果该线程不持有该锁,说明该线程的锁已到过期时间,自动释放锁
15 if (redissonLock.isHeldByCurrentThread("lock")) {
16 redissonLock.unlock("lock");
17 }
18 return "=================================";
19 }
压测结果
没问题,不会超卖!
1 /**
2 * 模拟这个是商品库存
3 */
4 public static volatile Integer TOTAL = 10;
5
6 @GetMapping("trylock-decrease-stock")
7 public String trylockDecreaseStock() throws InterruptedException {
8 if (redissonLock.tryLock("trylock", 10, 5)) {
9 if (TOTAL > 0) {
10 TOTAL--;
11 }
12 Thread.sleep(50);
13 redissonLock.unlock("trylock");
14 log.info("====tryLock===减完库存后,当前库存===" + TOTAL);
15 } else {
16 log.info("[ExecutorRedisson]获取锁失败");
17 }
18 return "===================================";
19 }
测试结果
没有问题 ,不会超卖!
1 /**
2 * 模拟这个是商品库存
3 */
4 public static volatile Integer TOTAL = 10;
5
6 @GetMapping("annotatin-lock-decrease-stock")
7 @DistributedLock(value="goods", leaseTime=5)
8 public String lockDecreaseStock() throws InterruptedException {
9 if (TOTAL > 0) {
10 TOTAL--;
11 }
12 log.info("===注解模式=== 减完库存后,当前库存===" + TOTAL);
13 return "=================================";
14 }
测试结果
没有问题 ,不会超卖!
通过实验可以看出,通过这三种模式都可以实现分布式锁,然后呢?哪个最优。
观点
最完美的就是lock锁,因为
1、tryLock锁是可能会跳过减库存的操作,因为当过了等待时间还没有获取锁,就会返回false,这显然很致命!
2、注解锁只能用于方法上,颗粒度太大,满足不了方法内加锁。
模拟5秒内1000个线程
分别去压测这两个接口,看报告结果!
1)lock锁
压测结果 1000个线程平均响应时间为31324。吞吐量 14.7/sec
压测结果 1000个线程平均响应时间为28628。吞吐量 16.1/sec
这里只是单次测试,有很大的随机性。从当前环境单次测试来看,tryLock稍微高点。
在使用RedissonLock锁时,很容易报这类异常,比如如下操作
1 //设置锁1秒过去
2 redissonLock.lock("redisson", 1);
3 /**
4 * 业务逻辑需要咨询2秒
5 */
6 redissonLock.release("redisson");
上面在并发情况下就会这样
造成异常原因:
线程1 进来获得锁后,但它的业务逻辑需要执行2秒,在 线程1 执行1秒后,这个锁就自动过期了,那么这个时候
线程2 进来了获得了锁。在线程1去解锁就会抛上面这个异常(因为解锁和当前锁已经不是同一线程了)
所以我们需要注意,设置锁的过期时间不能设置太小,一定要合理,宁愿设置大点。
正对上面的异常,可以通过 isHeldByCurrentThread()方法,
1 //如果为false就说明该线程的锁已经自动释放,无需解锁
2 if (redissonLock.isHeldByCurrentThread("lock")) {
3 redissonLock.unlock("lock");
4 }
链图片转存中…(img-F5nZcHQ2-1616244624058)]](javascript:void(0)
1 //设置锁1秒过去
2 redissonLock.lock("redisson", 1);
3 /**
4 * 业务逻辑需要咨询2秒
5 */
6 redissonLock.release("redisson");
上面在并发情况下就会这样
[外链图片转存中…(img-qOgvjZUT-1616244624061)]
造成异常原因:
线程1 进来获得锁后,但它的业务逻辑需要执行2秒,在 线程1 执行1秒后,这个锁就自动过期了,那么这个时候
线程2 进来了获得了锁。在线程1去解锁就会抛上面这个异常(因为解锁和当前锁已经不是同一线程了)
所以我们需要注意,设置锁的过期时间不能设置太小,一定要合理,宁愿设置大点。
正对上面的异常,可以通过 isHeldByCurrentThread()方法,
1 //如果为false就说明该线程的锁已经自动释放,无需解锁
2 if (redissonLock.isHeldByCurrentThread("lock")) {
3 redissonLock.unlock("lock");
4 }