Redisson中的看门狗

1 使用看门狗的背景

1.1 普通的Redis分布式锁的缺陷

我们在网上看到的redis分布式锁的工具方法，大都满足互斥、防止死锁的特性，有些工具方法会满足可重入特性。如果只满足上述3种特性会有哪些隐患呢？redis分布式锁无法自动续期，比如，一个锁设置了1分钟超时释放，如果拿到这个锁的线程在一分钟内没有执行完毕，那么这个锁就会被其他线程拿到，可能会导致严重的线上问题。

1.2 用看门狗解决自动续期的问题

既然存在锁过期而任务未执行完毕的情况，那是否有一种可以在任务未完成时自动续期的机制呢，几年前在redisson中找到了看门狗的自动续期机制，就是解决这种分布式锁自动续期的问题的。

2 看门狗自动续期机制的理解

Redisson 锁的加锁机制如上图所示，线程去获取锁，获取成功则执行lua脚本，保存数据到redis数据库。如果获取失败: 一直通过while循环尝试获取锁(可自定义等待时间，超时后返回失败)，获取成功后，执行lua脚本，保存数据到redis数据库。Redisson提供的分布式锁是支持锁自动续期的，也就是说，如果线程仍旧没有执行完，那么redisson会自动给redis中的目标key延长超时时间，这在Redisson中称之为 Watch Dog 机制

3 redisson 看门狗使用以及原理

3.1 redisson配置和初始化

已java的springboot为例，首先引入pom配置

<dependency>
  <groupId>org.redisson</groupId>
  <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
  <version>3.16.4</version>
</dependency>

redisson是reids的工具包，所以需要进行redis配置

redis:
host: xxxxxxx
password: xxxxxx
max-active: 8
max-idle: 500
max-wait: 1
min-idle: 0
port: 6379
timeout: 1000ms
    database: 0
@Configuration
public class RedisConfig {
   //最简单的redisson初始化配置
    @Bean
    public RedissonClient getRedisson() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://" + host + ":" + port).setPassword(password);
        return Redisson.create(config);
    }
}

3.2 redisson看门狗使用

使用redisson分布式锁的目的主要是防止分布式应用产生的并发问题，所以一般会进行一下调整改为AOP形式去进行业务代码解耦。所以这里举的例子会加入一部分自定义注解和AOP进行实际案例讲解

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RedisLock {
    //锁的名称
    String lockName();
    //锁的失效时间
    long leaseTime() default 3;
    //是否开启看门狗，默认开启，开启时锁的失效时间不执行。任务未完成时会自动续期锁时间
    //使用看门狗，锁默认redis失效时间未30秒。失效时间剩余1/3时进行续期判断，是否需要续期
    boolean watchdog() default true;
}
public class RedisLockAspect {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;
 
    private static final String REDIS_PREFIX = "redisson_lock:";
 
    @Around("@annotation(redisLock)")
    public Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint, RedisLock redisLock) throws Throwable {
        String lockName = redisLock.lockName();
 
        RLock rLock = redissonClient.getLock(REDIS_PREFIX + lockName);
 
        Object result = null;
        boolean isLock;
        if(redisLock.watchdog()){
            isLock =rLock.tryLock(0, TimeUnit.SECONDS);
        }else {
            isLock =rLock.tryLock(0,redisLock.leaseTime(), TimeUnit.SECONDS);
        }
        if(isLock){
            try {
                //执行方法
                result = joinPoint.proceed();
            } finally {
                if (rLock.isLocked() && rLock.isHeldByCurrentThread()) {
                    rLock.unlock();
                }
            }
        }else {
            log.warn("The lock has been taken:{}",REDIS_PREFIX + lockName);
        }
        return result;
    }
}

 @Scheduled(cron = "*/10 * * * * ?")
    //使用注解进行加锁
    @RedisLock(lockName = "npa_lock_test",watchdog = true)
    public void redisLockTest() {
     System.out.println("get lock and perform a task");
        try {
            Thread.sleep(20000L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

这里使用定时任务进行模拟调用，10秒一次定时任务请求，线程执行睡眠20秒后完成。下面看一下执行结果。当获取锁后，第二次定时任务执行时。锁未被释放。所以失败，第三次获取时所已经释放，所以成功。

get lock and perform a task 2022-08-06 16:39:10.046 WARN 9536 --- [default-async-2] c.rccchina.price.aspect.RedisLockAspect : The lock has been taken:redisson_lock:npa_lock_test get lock and perform a task 2022-08-06 16:39:40.049 WARN 9536 --- [default-async-5] c.rccchina.price.aspect.RedisLockAspect : The lock has been taken:redisson_lock:npa_lock_test get lock and perform a task

如果拿到分布式锁的节点宕机，且这个锁正好处于锁住的状态时，会出现锁死的状态，为了避免这种情况的发生，锁都会设置一个过期时间。这样也存在一个问题，加入一个线程拿到了锁设置了30s超时，在30s后这个线程还没有执行完毕，锁超时释放了，就会导致问题，Redisson给出了自己的答案，就是 watch dog 自动延期机制。
Redisson提供了一个监控锁的看门狗，它的作用是在Redisson实例被关闭前，不断的延长锁的有效期，也就是说，如果一个拿到锁的线程一直没有完成逻辑，那么看门狗会帮助线程不断的延长锁超时时间，锁不会因为超时而被释放。
默认情况下，看门狗的续期时间是30s，也可以通过修改Config.lockWatchdogTimeout来另行指定。另外Redisson 还提供了可以指定leaseTime参数的加锁方法来指定加锁的时间。超过这个时间后锁便自动解开了，不会延长锁的有效期。

3.4 从redisson源码了解看门狗实现机制

最近因为工作原因又使用了看门狗，以前没有去深究是如何实现的，这次刚好借这个机会，去学习和了解到底是如何实现自动续期这个动作的，其实要想对一个框架深刻的了解，主要还是多看源码，目前的Redisson的源码版本基于：3.16.4，同时需要注意的是：

watchDog 只有在未显示指定加锁时间（leaseTime）时才会生效。（这点很重要）
lockWatchdogTimeout设定的时间不要太小 ，比如我之前设置的是 100毫秒，由于网络直接导致加锁完后，watchdog去延期时，这个key在redis中已经被删除了。
在调用lock方法时，会最终调用到tryAcquireAsync。调用链为：lock()->tryAcquire->tryAcquireAsync,详细解释如下：

使用了RFuture（相关内容涉及Netty异步回调模式-Future和Promise剖析）去启动异步线程执行

private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
        RFuture<Long> ttlRemainingFuture;
        //如果指定了加锁时间，会直接去加锁
        if (leaseTime != -1) {
            ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
        } else {
            //没有指定加锁时间 会先进行加锁，并且默认时间就是 LockWatchdogTimeout的时间
            //这个是异步操作 返回RFuture 类似netty中的future
            ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(waitTime, internalLockLeaseTime,
                    TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
        }
 
        //这里也是类似netty Future 的addListener，在future内容执行完成后执行
        ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
            if (e != null) {
                return;
            }
 
            // lock acquired
            if (ttlRemaining == null) {
                // leaseTime不为-1时，不会自动延期
                if (leaseTime != -1) {
                    internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
                } else {
                    //这里是定时执行 当前锁自动延期的动作,leaseTime为-1时，才会自动延期
                    scheduleExpirationRenewal(threadId);
                }
            }
        });
        return ttlRemainingFuture;
    }

scheduleExpirationRenewal 中会调用renewExpiration。 这里我们可以看到是启用一个timeout定时，去执行延期动作，

private void renewExpiration() {
        ExpirationEntry ee = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
        if (ee == null) {
            return;
        }
 
        Timeout task = commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
            @Override
            public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                ExpirationEntry ent = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
                if (ent == null) {
                    return;
                }
                Long threadId = ent.getFirstThreadId();
                if (threadId == null) {
                    return;
                }
 
                RFuture<Boolean> future = renewExpirationAsync(threadId);
                future.onComplete((res, e) -> {
                    if (e != null) {
                        log.error("Can't update lock " + getRawName() + " expiration", e);
                        EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(getEntryName());
                        return;
                    }
 
                    if (res) {
                        //如果 没有报错，就再次定时延期
                        // reschedule itself
                        renewExpiration();
                    } else {
                        cancelExpirationRenewal(null);
                    }
                });
            }
            // 这里我们可以看到定时任务 是 lockWatchdogTimeout 的1/3时间去执行 renewExpirationAsync
        }, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS);
 
        ee.setTimeout(task);
    }

 protected RFuture<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {
        return this.evalWriteAsync(this.getRawName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN, "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return 1; end; return 0;", Collections.singletonList(this.getRawName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
    }

结论

watch dog 在当前节点存活时每10s给分布式锁的key续期 30s；
watch dog 机制启动，且代码中没有释放锁操作时，watch dog 会不断的给锁续期；
如果程序释放锁操作时因为异常没有被执行，那么锁无法被释放，所以释放锁操作一定要放到 finally {} 中；
要使 watchLog机制生效 ，lock时 不要设置 过期时间
watchlog的延时时间 可以由 lockWatchdogTimeout指定默认延时时间，但是不要设置太小。如100
watchdog 会每 lockWatchdogTimeout/3时间，去延时。
watchdog 通过 类似netty的 Future功能来实现异步延时
watchdog 最终还是通过 lua脚本来进行延时