Redis【实战篇】---- 分布式锁
Redis【实战篇】---- 分布式锁
- 1. 基本原理和实现方式对比
- 2. Redis分布式锁的实现核心思路
- 3. 实现分布式锁版本一
- 4. Redis分布式锁误删情况说明
- 5. 解决Redis分布式锁误删问题
- 6. 分布式锁的原子性问题
- 7. Lua脚本解决多条命令原子性问题
- 8. 利用Java代码调试Lua脚本改造分布式锁
1. 基本原理和实现方式对比
分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。
分布式锁的核心思想就是让大家都使用同一把锁，只要大家使用的是同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路
那么分布式锁他应该满足一些什么样的条件呢？
可见性：多个线程都能看到相同的结果，注意：这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到变化的意思
互斥：互斥是分布式锁的最基本的条件，使得程序串行执行
高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性
高性能：由于加锁本身就让性能降低，所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能
安全性：安全也是程序中必不可少的一环
常见的分布式锁有三种
Mysql：mysql本身就带有锁机制，但是由于mysql性能本身一般，所以采用分布式锁的情况下，其实使用mysql作为分布式锁比较少见
Redis：redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式，现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁，利用setnx这个方法，如果插入key成功，则表示获得到了锁，如果有人插入成功，其他人插入失败则表示无法获得到锁，利用这套逻辑来实现分布式锁
Zookeeper：zookeeper也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案
2. Redis分布式锁的实现核心思路
实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：
-
获取锁：
- 互斥：确保只能有一个线程获取锁
- 非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false
-
释放锁：
- 手动释放
- 超时释放：获取锁时添加一个超时时间
核心思路：
我们利用redis 的setNx 方法，当有多个线程进入时，我们就利用该方法，第一个线程进入时，redis 中就有这个key 了，返回了1，如果结果是1，则表示他抢到了锁，那么他去执行业务，然后再删除锁，退出锁逻辑，没有抢到锁的哥们，等待一定时间后重试即可
3. 实现分布式锁版本一
- 加锁逻辑
锁的基本接口
public interface ILock {
/**
* 尝试获取锁
* @param timeoutSec 锁持有超时时间，过期后自动释放
* @return true 代表获取锁成功 false 代表获取锁失败
*/
boolean tryLock(long timeoutSec);
/**
* 释放锁
*/
void unLock();
}
SimpleRedisLock
利用setnx方法进行加锁，同时增加过期时间，防止死锁，此方法可以保证加锁和增加过期时间具有原子性
private static final String KEY_PREFIX="lock:";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
long threadId = Thread.currentThread().getId();
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
- 释放锁逻辑
SimpleRedisLock
释放锁，防止删除别人的锁
@Override
public void unLock() {
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
- 修改业务代码
@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
// 1. 查询优惠券
SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
// 2. 判断秒杀是否开始
if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
// 秒杀尚未开始
return Result.fail("秒杀尚未开始!");
}
// 3. 判断秒杀是否结束
if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
// 秒杀已结束
return Result.fail("秒杀已结束!");
}
// 4. 判断库存是否充足
if (voucher.getStock() < 1) {
// 库存不足
return Result.fail("库存不足!");
}
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
// 创建锁对象
SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
// 获取锁对象
boolean isLock = lock.tryLock(1200);
// 加锁失败
if (!isLock) {
return Result.fail("不允许重复下单!");
}
try {
//获取代理对象(事务)
IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
} finally {
//释放锁
lock.unLock();
}
}
4. Redis分布式锁误删情况说明
逻辑说明：
持有锁的线程在锁的内部出现了阻塞，导致他的锁自动释放，这时其他线程，线程2来尝试获得锁，就拿到了这把锁，然后线程2在持有锁执行过程中，线程1反应过来，继续执行，而线程1执行过程中，走到了删除锁逻辑，此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除，这就是误删别人锁的情况说明
解决方案：解决方案就是在每个线程释放锁的时候，去判断一下当前这把锁是否属于自己，如果属于自己，则不进行锁的删除，假设还是上边的情况，线程1卡顿，锁自动释放，线程2进入到锁的内部执行逻辑，此时线程1反应过来，然后删除锁，但是线程1，一看当前这把锁不是属于自己，于是不进行删除锁逻辑，当线程2走到删除锁逻辑时，如果没有卡过自动释放锁的时间点，则判断当前这把锁是属于自己的，于是删除这把锁。
5. 解决Redis分布式锁误删问题
需求：修改之前的分布式锁实现，满足：在获取锁时存入线程标示（可以用UUID表示）
在释放锁时先获取锁中的线程标示，判断是否与当前线程标示一致
- 如果一致则释放锁
- 如果不一致则不释放锁
核心逻辑：在存入锁时，放入自己线程的标识，在删除锁时，判断当前这把锁的标识是不是自己存入的，如果是，则进行删除，如果不是，则不进行删除。
具体代码如下：加锁
private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
释放锁
@Override
public void unLock() {
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
if (threadId.equals(id)) {
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}
有关代码实操说明：
在我们修改完此处代码后，我们重启工程，然后启动两个线程，第一个线程持有锁后，手动释放锁，第二个线程 此时进入到锁内部，再放行第一个线程，此时第一个线程由于锁的value值并非是自己，所以不能释放锁，也就无法删除别人的锁，此时第二个线程能够正确释放锁，通过这个案例初步说明我们解决了锁误删的问题。
6. 分布式锁的原子性问题
更为极端的误删逻辑说明：
线程1现在持有锁之后，在执行业务逻辑过程中，他正准备删除锁，而且已经走到了条件判断的过程中，比如他已经拿到了当前这把锁确实是属于他自己的，正准备删除锁，但是此时他的锁到期了，那么此时线程2进来，但是线程1他会接着往后执行，当他卡顿结束后，他直接就会执行删除锁那行代码，相当于条件判断并没有起到作用，这就是删锁时的原子性问题，之所以有这个问题，是因为线程1的拿锁，比锁，删锁，实际上并不是原子性的，我们要防止刚才的情况发生
7. Lua脚本解决多条命令原子性问题
Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多条Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。Lua是一种编程语言，它的基本语法大家可以参考网站：https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html，这里重点介绍Redis提供的调用函数，我们可以使用lua去操作redis，又能保证他的原子性，这样就可以实现拿锁比锁删锁是一个原子性动作了，作为Java程序员这一块并不作一个简单要求，并不需要大家过于精通，只需要知道他有什么作用即可。
这里重点介绍Redis提供的调用函数，语法如下：
redis.call('命令名称', 'key', '其它参数', ...)
例如，我们要执行set name jack，则脚本是这样：
# 执行 set name jack
redis.call('set', 'name', 'jack')
例如，我们要先执行set name Rose，再执行get name，则脚本如下：
# 先执行 set name jack
redis.call('set', 'name', 'Rose')
# 再执行 get name
local name = redis.call('get', 'name')
# 返回
return name
写好脚本以后，需要用Redis命令来调用脚本，调用脚本的常见命令如下：
例如，我们要执行 redis.call(‘set’, ‘name’, ‘jack’) 这个脚本，语法如下：
如果脚本中的key、value不想写死，可以作为参数传递。key类型参数会放入KEYS数组，其它参数会放入ARGV数组，在脚本中可以从KEYS和ARGV数组获取这些参数：
接下来我们来回一下我们释放锁的逻辑：
释放锁的业务流程是这样的
1、获取锁中的线程标示
2、判断是否与指定的标示（当前线程标示）一致
3、如果一致则释放锁（删除）
4、如果不一致则什么都不做
如果用Lua脚本来表示则是这样的：
最终我们操作redis的拿锁比锁删锁的lua脚本就会变成这样
-- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key，这里的ARGV[1] 就是当前线程标示
-- 获取锁中的标示，判断是否与当前线程标示一致
if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
-- 一致，则删除锁
return redis.call('DEL', KEYS[1])
end
-- 不一致，则直接返回
return 0
8. 利用Java代码调试Lua脚本改造分布式锁
lua脚本本身并不需要大家花费太多时间去研究，只需要知道如何调用，大致是什么意思即可，所以在笔记中并不会详细的去解释这些lua表达式的含义。
我们的RedisTemplate中，可以利用execute方法去执行lua脚本，参数对应关系就如下图股
private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
static {
UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
}
public void unlock() {
// 调用lua脚本
stringRedisTemplate.execute(
UNLOCK_SCRIPT,
Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
}
小总结：
基于Redis的分布式锁实现思路：
- 利用set nx ex获取锁，并设置过期时间，保存线程标示
- 释放锁时先判断线程标示是否与自己一致，一致则删除锁
- 特性：
- 利用set nx满足互斥性
- 利用set ex保证故障时锁依然能释放，避免死锁，提高安全性
- 利用Redis集群保证高可用和高并发特性
- 特性：