【redis】分布式锁的实现

setnx

redis 分布式锁使用非常广泛的，来实现对一些共享资源进行互斥访问。

一般使用setnx(set if not exists) 来抢占，del 来释放。

 setnx lock 1
... do something ...
del lock

但是这个流程有问题，如果del 调用失败或者异常导致del 没有调用，就会陷入死锁，导致锁永远不能释放。可以想到的一个解决方案就是我们给锁加一个过期时间，如下：

 setnx lock 1
expire lock 5
... do something ...
del lock

但是上述流程还是有问题，如果expire 调用失败，还是会陷入死锁。于是我们想到下面代码程序校验的方案来解决可能的死锁问题：

current_ts = time()
lock_ts = redis->get('lock')
if (!lock_ts || current_ts - lock_ts > 5) {
    redis->set(lock， current_ts)
    redis->expire(lock, 5)
    ... do something ...
    del lock
} else {
  return false
}

但是上述方案还是有问题的，原因就在于抢占资源不是原子操作的，当我们的程序访问并发比较高的时候，会有多个访问同时抢占到锁，不能保证互斥性。

那怎么解决呢？ 好在Redis 2.8 版本之后，redis 的set 执行增加了扩展参数，使setnx 和expire 可以一起执行，从而解决了上述难题。

SET KEY VALUE [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

set lock 1 ex 5 nx 
... do something ...
del lock

del误删

上述方案还是会存在误删问题：假如线程A获得锁并且设置超时时间为30秒，某种原因导致线程A执行很慢，超过30秒后线程A锁自动过期，释放了锁，线程B获了锁。随后线程A执行完成，del删除锁，但线程B还未执行完成，实际上线程A删除的是线程B的锁。

解决方案就是通过lua脚本实现一个乐观锁：
线程在加锁的时候，可以给锁加一个版本号或者随机数来区分。

SET lock rand_value EX 300 NX

del锁之前先做判断，通过lua脚本来保证判断和del 两个操作的原子性。

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

其他问题

1. 前面这个算法中出现的锁的有效时间(lock validity time)，设置成多少合适呢？如果设置太短的话，锁就有可能在客户端完成对于共享资源的访问之前过期，从而失去保护；如果设置太长的话，一旦某个持有锁的客户端释放锁失败，那么就会导致所有其它客户端都无法获取锁，从而长时间内无法正常工作。看来真是个两难的问题。

2. 假如Redis节点宕机了，那么所有客户端就都无法获得锁了，服务变得不可用。为了提高可用性，我们可以给这个Redis节点挂一个Slave，当Master节点不可用的时候，系统自动切到Slave上（failover）。但由于Redis的主从复制（replication）是异步的，这可能导致在failover过程中丧失锁的安全性。这是基于单Redis节点的分布式锁无法解决的，而Redlock算法就是为了解决这个问题提出的，是基于多个Redis节点（都是Master）的一种实现。详情可以看下官网介绍：https://redis.io/topics/distlock ，也可以参考一下这篇blog的介绍：http://zhangtielei.com/posts/blog-redlock-reasoning.html