Redis分布式锁
Redis分布式锁
什么是分布式锁？
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。
分布式锁的实现
分布式锁的核心是实现多进程之间的互斥，而满足这一点的方式有很多,常见的有三种:
| MySql | Redis | Zookeeper | |
|---|---|---|---|
| 互斥 | 利用mysql本身的互斥锁机制 | 利用setnx这样的互斥命令 | 利用节点的唯一性和有序性实现互斥 |
| 高可用 | 好 | 好 | 好 |
| 高性能 | 一般 | 好 | 一般 |
| 安全性 | 断开连接，自动释放锁 | 利用锁超时时间 | 临时节点，断开连接自动释放 |
基于Redis的分布式锁
实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：
- 获取锁：
互斥：确保只有一个线程获取锁
非阻塞式：尝试一次，成功返回true，失败返回false
# 添加锁 利用setnx的互斥特性
SETNX lock thread1
# 添加锁过期的时间，避免服务宕机引起的死锁
EXPIRE lock 5
# 添加锁，NX是互斥，EX是设置超时时间 (使其具有了原子性)(最终命令)
SET lock thread1 NX EX 10
- 释放锁
手动释放:
超时释放：获取锁时添加一个超时时间
# 释放锁
DEL key
大致流程：
example:基于Redis实现分布式锁初级版本
需求：定义一个类，实现下面接口，利用Redis实现分布式锁功能。
类：
public class SimpleRedisLock implements ILock {
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec){
// 获取线程标识
long threadId = Thread.currentThread().getId();
// 获取锁
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX,threadId,timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock(){
// 释放锁
stringRedisTemplate.delete( KEY_PREFIX + name);
}
}
并发问题1：
为防止出现这种问题：获取锁标识判断是否一致
*** 改进Redis的分布式锁***：
需求:修改之前的分布式锁实现，满足︰
1．在获取锁时存入线程标示（可以用UUID表示)
2．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
example:
public class SimpleRedisLock implements ILock {
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true)+"-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec){
// 获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX+Thread.currentThread().getId();
// 获取锁
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX,threadId,timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock(){
// 获取线程标示
String threadId = ID_PREFIX+Thread.currentThread().getId();
// 获取锁中的标示
String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
// 判断标识是否一致
if(threadId.equals(id)) {
// 释放锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}
}
并发问题2：
解决此问题，需要使判断锁标识和释放锁操作为一个原子性操作！
Redis的Lua脚本：
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，语法如下:
# 执行redis命令
redis.call('命令名称','key','其它参数',...)
例如，我们要执行set name jack,则脚本是这样的:
# 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','jack')
# 执行set name jack
local name = redis.call('set','name','jack')
# 返回
return name
写好脚本以后，需要使用Redis命令来调用脚本，调用脚本的常见命令如下(scription表示脚本的意思):
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，其他参数会放入ARGV数组,在脚本中可以从KEYS和ARGV数组获取这些参数：
Lua脚本语言的数组下标是从1开始的。
Redis的业务流程：
- 获取锁中的线程标识
- 判断是否与指定的标示（当前线程标示）一致
- 如果一致则释放锁（删除）
- 如果不一致则什么都不做
如果用Lua脚本来表示是这样的：
-- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key,这里的ARGV[1] 就是当前线程表示
-- 获取锁中的线程标示 get key
lcoal id = redis.call('get',KEYS[1])
-- 比较线程标示与锁中的标示是否一致
if(id == ARGV[1]) then
-- 释放锁 del key
return redis.call('del',KEYS[1])
end
return 0
需求：基于Lua脚本实现分布式锁的释放逻辑
提示：RedisTemplate调用Lua脚本的API如下：
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
基于Redis的分布式锁优化
基于setnx实现的分布式锁存在下面的问题：
-
不可重入：同一个线程无法多次获取同一把锁
-
不可重试：获取锁只尝试一次就返回false，没有重试机制
-
超时释放：锁超时释放虽然可以避免死锁，但如果是业务执行耗时较长，也会导致锁释放，存在安全隐患
-
主从一致性：如果Redis提供了主从集群，主从同步存在延迟，当主宕机时，如果从并同步主中的锁数据，则会出现锁实现
Redisson
Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格（In-Memory Data Grid)。它不仅提供了一系列的分布式的Java常用对象，还提供了许多分布式服务，其中就包含了各种分布式锁的实现。
官网地址：https://redisson.org
GitHub地址：https://github.com/redisson/redisson
Redisson入门
- 引入依赖：
<dependency>
<groupid>org.redisson</groupid>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.13.6</version>
<dependency>
- 配置客户端
@Configuration
public class Redisconfig {
@Bean
public RedissonClient redissonclient() {
//配置类
Config config = new Config();
//添加redis地址，这里添加了单点的地址，也可以使用config.useclusterServers ()添加集群
config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.150.101:6379").setPassowrd("123321");
//创建客户端
return Redisson.create(config);
}
- 使用Redisson的分布式锁
@Resource
private RedissonClient redissonclient;
@Test
void testRedisson() throws InterruptedException {
//获取锁（可重入)，指定锁的名称
RLock lock = redissonclient.getLock( "anyLock");
//尝试获取锁，参数分别是:获取锁的最大等待时间（期间会重试），锁自动释放时间，时间单位
boolean isLock = lock.tryLock(1，10，TimeUnit.SECONDS);
//判断释放获取成功
if(isLock)
try{
system.out.println("执行业务");
}
finally{
//释放锁
lock.unlock();
}
}
}
Redisson可重入锁原理
Redisson分布式锁原理：
- 可重入：利用hash结构记录线程id和重入次数
- 可重试：利用信号量和Pubsub功能实现等待、唤醒、获取锁失败的重试机制
- 超时续约：利用watchDog，每隔一段时间（releaseTime/3）,重置超时时间
总结：
- 不可重入Redis分布式锁
- 原理：利用setnx的互斥性；利用ex避免死锁；释放锁时判断线程标示
- 缺陷：不可重入、无法重试、锁超时失效
- 可重入的Redis分布式锁：
- 原理：利用hash结构，记录线程标示和重入次数；利用watchDog延续时间；利用信号量控制锁重试等待
- 缺陷：redis宕机引起锁失效问题
- Redisson和multiLock
- 原理：多个独立的Redis节点，必须在所有节点都获取重入锁，才算获取锁成功
- 缺陷：运维成本高、实现复杂