SpringBoot+AOP+Redission实战分布式锁

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前言

在集群环境下非单体应用存在的问题：JVM锁只能控制本地资源的访问，无法控制多个JVM间的资源访问，所以需要借助第三方中间件来控制整体的资源访问，redis是一个可以实现分布式锁，保证AP的中间件，可以采用setnx命令进行实现，但是在实现细节上也有很多需要注意的点，比如说获取锁、释放锁时机、锁续命问题，而redission工具能够有效降低实现分布式锁的复杂度，看门狗机制有效解决锁续命问题。

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一、Redission是什么？

Redisson是一个用于Java的Redis客户端，它提供了许多分布式对象和服务，使得在Java应用中使用Redis变得更加便捷。Redisson提供了对Redis的完整支持，并附带了一系列的功能，如分布式锁、分布式集合、分布式对象、分布式队列等。

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二、使用场景

1. 分布式锁：Redisson提供了强大的分布式锁机制，通过基于Redis的分布式锁，可以保证在分布式环境下的数据一致性。常见的使用场景包括分布式任务调度、防止重复操作、资源竞争控制等。
2. 分布式集合：Redisson提供了一系列的分布式集合实现，如Set、List、Queue、Deque等。这些集合的特点是数据分布在多台机器上，并且支持并发访问，适用于需要在多个节点之间共享数据的场景。
3. 分布式对象：Redisson支持将普通Java对象转换为可在Redis中存储和操作的分布式对象。这些对象可以跨JVM进行传输，并保持一致性。使用分布式对象，可以方便地实现分布式缓存、会话管理等功能。
4. 分布式队列：Redisson提供了高级的分布式队列实现，支持公平锁和非公平锁的排队方式。分布式队列可以在多个线程和多个JVM之间进行数据传输，适用于消息队列、异步任务处理等场景。
5. 分布式信号量、锁定和闭锁：Redisson提供了分布式信号量、可重入锁和闭锁等机制，用于实现更复杂的并发控制需求。这些工具能够有效地管理并发访问，确保在分布式环境下的数据操作的正确性。

除了以上提到的功能，Redisson还提供了许多其他的分布式应用场景所需的功能组件，如分布式BitSet、分布式地理位置、分布式发布/订阅等。

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三、代码实战

通过aop切面编程，可以降低与业务代码的耦合度，便于拓展和维护

1.项目结构

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2.类图

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3.maven依赖

<dependencies>
   
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
    dependency>

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redisartifactId>
    dependency>

    
    <dependency>
        <groupId>org.redissongroupId>
        <artifactId>redissonartifactId>
        <version>3.20.0version>
    dependency>

    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-aopartifactId>
    dependency>

    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-configuration-processorartifactId>
        <optional>trueoptional>
    dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombokgroupId>
        <artifactId>lombokartifactId>
    dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
    dependency>
dependencies>

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4.yml

dserver:
  port: 8081

spring:
  redis:
    host: localhost
    port: 6379
    # 如果需要密码认证，请使用以下配置
    # password: your_password

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5.config

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

/**
 * @author 28382
 */
@Configuration
public class RedissonConfig {

    @Value("${spring.redis.host}")
    private String redisHost;

    @Value("${spring.redis.port}")
    private int redisPort;

    // 如果有密码认证，请添加以下注解，并修改相应的配置：
    //@Value("${spring.redis.password}")
    //private String redisPassword;

    @Bean(destroyMethod = "shutdown")
    public RedissonClient redissonClient() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://" + redisHost + ":" + redisPort);
        // 如果有密码认证，请添加以下配置：
        //config.useSingleServer().setPassword(redisPassword);
        return Redisson.create(config);
    }
}

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.GenericJackson2JsonRedisSerializer;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

/**
 * @author 28382
 */
@Configuration
public class RedisTemplateConfig {

    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(connectionFactory);
        template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        template.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
        template.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        template.setHashValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
        template.afterPropertiesSet();
        return template;
    }
}

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6.annotation

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * @author 28382
 */
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DistributedLock {

    // 自定义业务keys
    String[] keys() default {};

    // 租赁时间 单位：毫秒
    long leaseTime() default 30000;

    // 等待时间 单位：毫秒
    long waitTime() default 3000;

}

7.aop

支持解析 SpEL

import com.mxf.code.annotation.DistributedLock;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.reflect.MethodSignature;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.core.DefaultParameterNameDiscoverer;
import org.springframework.core.ParameterNameDiscoverer;
import org.springframework.expression.EvaluationContext;
import org.springframework.expression.ExpressionParser;
import org.springframework.expression.common.LiteralExpression;
import org.springframework.expression.spel.SpelEvaluationException;
import org.springframework.expression.spel.standard.SpelExpressionParser;
import org.springframework.expression.spel.support.StandardEvaluationContext;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.StringUtils;

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Aspect
@Component
@Slf4j
public class DistributedLockAspect {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;

    @Around("@annotation(distributedLock)")
    public Object lockMethod(ProceedingJoinPoint joinPoint, DistributedLock distributedLock) throws Throwable {
        MethodSignature methodSignature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
        Method method = methodSignature.getMethod();

        // 获取自定义业务keys
        String[] keys = distributedLock.keys();
        // 租赁时间
        long leaseTime = distributedLock.leaseTime();
        // 等待时间
        long waitTime = distributedLock.waitTime();

        // 创建参数名发现器
        ParameterNameDiscoverer parameterNameDiscoverer = new DefaultParameterNameDiscoverer();

        // 获取方法参数名
        String[] parameterNames = parameterNameDiscoverer.getParameterNames(method);

        // 创建 SpEL 解析器
        ExpressionParser expressionParser = new SpelExpressionParser();

        // 创建 SpEL 上下文
        EvaluationContext evaluationContext = new StandardEvaluationContext();

        // 设置方法参数值到 SpEL 上下文中
        Object[] args = joinPoint.getArgs();
        if (parameterNames != null && args != null && parameterNames.length == args.length) {
            for (int i = 0; i < parameterNames.length; i++) {
                evaluationContext.setVariable(parameterNames[i], args[i]);
            }
        }

        // 构建完整的锁键名
        StringBuilder lockKeyBuilder = new StringBuilder();
        if (keys.length > 0) {
            for (String key : keys) {
                if (StringUtils.hasText(key)) {
                    try {
                        // 解析 SpEL 表达式获取属性值
                        Object value = expressionParser.parseExpression(key).getValue(evaluationContext);
                        lockKeyBuilder.append(value).append(":");
                    } catch (SpelEvaluationException ex) {
                        // 如果解析失败，则使用原始字符串作为属性值
                        LiteralExpression expression = new LiteralExpression(key);
                        lockKeyBuilder.append(expression.getValue()).append(":");
                    }
                }
            }
        }
        // 使用方法名作为最后一部分键名
        lockKeyBuilder.append(methodSignature.getName());
        String fullLockKey = lockKeyBuilder.toString();
        // 获取 Redisson 锁对象
        RLock lock = redissonClient.getLock(fullLockKey);
        // 尝试获取分布式锁
        // boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit)
        boolean success = lock.tryLock(waitTime, leaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);

        if (success) {
            try {
                // 执行被拦截的方法
                return joinPoint.proceed();
            } finally {
                // 释放锁
                lock.unlock();
            }
        } else {
            log.error("Failed to acquire distributed lock");
            // 获取锁超时，抛出异常
            throw new RuntimeException("Failed to acquire distributed lock");
        }
    }

}

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8.model

import lombok.Data;

/**
 * @author 28382
 */
@Data
public class User {
    private Long id;
    private String name;
    private String address;

    public User(Long id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

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9.service

import com.mxf.code.annotation.DistributedLock;
import com.mxf.code.model.User;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author 28382
 */
@Service
public class UserService {
    int i = 0;

    @DistributedLock
    public void test01() {
        System.out.println("执行方法1 , 当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "执行的结果是：" + ++i);
        sleep();
    }

    @DistributedLock(keys = "myKey",leaseTime = 30L)
    public void test02() {
        System.out.println("执行方法2 , 当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "执行的结果是：" + ++i);
        sleep();
    }

    @DistributedLock(keys = "#user.id")
    public User test03(User user) {
        System.out.println("执行方法3 , 当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "执行的结果是：" + ++i);
        sleep();
        return user;
    }

    @DistributedLock(keys = {"#user.id", "#user.name"}, leaseTime = 5000, waitTime = 5000)
    public User test04(User user) {
        System.out.println("执行方法4 , 当前线程:" + Thread.currentThread().getName() + "执行的结果是：" + ++i);
        sleep();
        return user;
    }

    private void sleep() {
        // 模拟业务耗时
        try {
            Thread.sleep(1000L);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

}

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四、单元测试

import com.mxf.code.model.User;
import com.mxf.code.service.UserService;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;


@SpringBootTest(classes = SpringBootLockTest.class)
@SpringBootApplication
public class SpringBootLockTest {
    @Autowired
    UserService userService;

    private static final Random RANDOM = new Random();

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringBootLockTest.class, args);
    }

    @Test
    public void test01() throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        Runnable task = () -> userService.test01();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executorService.submit(task);
        }
        Thread.sleep(10000);
    }

    @Test
    public void test02() throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        Runnable task = () -> userService.test02();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executorService.submit(task);
        }
        Thread.sleep(10000L);
    }

    @Test
    public void test03() throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        Runnable task = () -> userService.test03(new User(1L, "name"));
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executorService.submit(task);
        }
        Thread.sleep(10000L);
    }

    @Test
    public void test04() throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        Runnable task = () -> userService.test04(new User(1L, "name"));
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executorService.submit(task);
        }
        Thread.sleep(100000L);
    }
}

test01

test02

test03

test04

总结

可以在项目中单独建立一个Module，需要的子系统直接引入，在需要加分布式的业务代码方法上添加注解及配注解属性值即可，存在一个潜在的问题就是如果redis使用主从架构，在主节点和从节点同步加锁信息时主节点挂掉，这时选取一个暂未同步完整节点信息的从节点作为主节点时，存在一定锁失效的问题，这是可以考虑红锁或者zookeeper实现强一致性。