Redis进阶：分布式锁问题

1. 分布式锁问题

1.1 问题介绍

• 单机单体中的锁机制在分布式集群系统中失效；
• 单纯的Java API并不能提供分布式锁的能力，为了解决这个问题就需要一种跨JVM的互斥机制来控制共享资源的访问；

1.2 解决方案

1.2.1 分布式锁主流的实现方案

• 基于数据库实现分布式锁；
• 基于缓存（Redis等），性能最高；
• 基于Zookeeper，可靠性最高；

1.2.2 使用Redis实现分布式锁

• 使用set命令添加一个mutex key，同时为该key设置过时时间，并要求该key存在时无法更新数据；
• 通过set命令设置的mutex key即为分布式锁，在该key过时或被删除以前，此key无法被其他请求获取到；
• 具体可通过set mutex_key uuid nx ex 过期时间进行加锁，其中mutex_key为锁名，value为一唯一值，过期时间以秒为单位；
• 可通过del mutex_key 手动释放锁，但缺乏原子性，可通过lua脚本进行删除保证操作原子性；
  
• set命令中使用UUID做value是为了解决该问题：当前服务器可能释放其他服务器的锁，而自身的锁也可能被其他服务器释放；
• UUID是一个唯一值，用于标识不同的服务器；

1.2.3 分布式锁需要满足的四个条件

• 互斥性：在任意时刻，只有一个客户端能持有锁；
• 不会发生死锁：即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁；
• 解铃还须系铃人：加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了；
• 加锁和解锁必须具有原子性；

1.3 实现分布式锁

• 基于SpringBoot框架，常用配置参考https://springdoc.cn/spring-boot/application-properties.html#application-properties.data.spring.data.redis.cluster.nodes；
• 代码：

    // 分布式锁测试
    @RequestMapping("/lockTest")
    public void lockTest(){
        String uuid= UUID.randomUUID().toString();
        // 获取锁
        Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid, 10, TimeUnit.SECONDS);
        // 成功获取锁
        if (lock){
            // 逻辑业务
            Object value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
            if(StringUtils.isEmpty(value)){
                return;
            }
            Long num = Long.parseLong(value+"");
            redisTemplate.opsForValue().set("num",num+1);
            // 手动释放锁
            String lockVal = (String) redisTemplate.opsForValue().get("lock");
            if (lockVal.equals(uuid)) {
                redisTemplate.delete("lock");
            }
            // 定义lua脚本
            String luaScript="if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1])" +
                    "else return 0 end";
            DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
            redisScript.setScriptText(luaScript);
            redisScript.setResultType(Long.class);
            // 第一个要是script 脚本 ，第二个需要判断的key，第三个就是key所对应的值
            redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList("lock"),uuid);
        }else{
            // 等待一会再重新尝试获取锁
            try {
                Thread.sleep(100);
                lockTest();
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }