使用php实现redis分布式锁

redis来实现分布式锁的原理就是将程序中一个唯一的key写入redis中,当有其他分布式应用要访问时候此key时,就去redis中读取,读取到了则说明此数据正在被处理,读取不到则说明可以进行处理;

但是,想将分布式锁处理的妥当,还真不是一件轻松地事情,继续往后看。

在redis实现的分布式锁中,我们需要强调以下几点,只有保证了以下几点,才可说是确保了锁的实现:

(1)互斥,在任何时刻,对于同一条数据,只有一台应用可以获取到分布式锁;

(2)不能发生死锁,一台服务器挂了,程序没有执行完,但是redis中的锁却永久存在了,那么已加锁未执行完的数据,就永远得不到处理了,直到人工发现,或者监控发现;

(3)高可用性,可以保证程序的正常加锁,正常解锁;

(4) 加锁解锁必须由同一台服务器进行,不能出现你加的锁,别人给你解锁了。

多数实现使用的是setnx()方法和expire()方法实现,而在redis最新版本中使用的是set()方法;

在分布式系统环境下,val的值可以设置成该机器的唯一标识,例如时间+请求号。为什么这么说,当一个服务器向redis加锁时候,我们需要确定这个key是来自于哪台服务器,在解锁时需要校验是不是解锁的请求来自于同一个服务器;

SET(key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]) 方法:

(1)key,我们使用key来当锁,key是唯一的。 (2)value,我们传的是“时间+请求号”,通过给value赋值我们在解锁的时候就会传递同样的数据进行解锁。不至于出现不同的服务器对key进行解锁。为什么说,不允许出现不同的服务器对一个key进行解锁?我们后面讲解。 (3)nxxx,NX意思为SET IF NOT EXIST,即当key不存在时,我们进行set操作;若key已经存在,则不做任何操作; (4)expx,PX意思是给这个key加一个过期设置,具体时间由第五个参数决定。 (5)time,代表key的过期时间,单位毫秒。

$redis = new \Redis();

$rt = $redis->connect('127.0.0.1', 6379, 0.01);

$redis->set('test','hello word',['NX', 'PX' => 10]);

说完了上锁,接下来说说解锁:

解锁,就是将key删除,你可能会觉得调用redis删除方法就行了呗,事实并不是如此;

$redis->del($key);

我们前面说了,在分布式环境中,哪台服务器加的锁,在解锁时候,还让那台服务器来解锁。不能出现A服务器加锁,而B服务器解锁的情况;而上面的代码就会出现这种情况。

当A服务器将一个key设置超时时间为5秒钟,获取到锁执行业务逻辑,但是呢,5秒钟没有执行完,此时key由于到了过期时间而被删除了。正好B服务器进行了获取锁操作,发现key没有上锁,进而加锁开始执行业务逻辑。过了1秒后,A服务器执行完毕,执行释放所操作,del(key),将B服务器上的锁给删除了。A、B服务器对同一个可以执行了一样的操作;

由于判断和del()操作不是原子性的,那么就会存在判断后,让其他服务器删除的情况;

例如:A服务器加锁,执行业务逻辑,很快执行完毕,进行解锁操作,解锁判断,OK,准备进行del()操作,此时CPU切换到执行别的操作了,或者JVM虚拟机进行垃圾回收操作。这时候,key到了过期时间,B服务器执行获取到锁,执行业务逻辑,还没执行完成,A服务器复活,执行del()操作,删除key;此时,A服务器上的锁,超时而被删除,B服务器加锁,A服务器将其删除;

终极大招,lua脚本实现:

$luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";

eval($luaScript,$key,$value);

通过lua脚本,解决了 解铃还须系铃人 的问题。

PHP代码实现

class RedLock

{

    private $retryDelay;

    private $retryCount;

    private $clockDriftFactor = 0.01;

    private $quorum;

    private $servers = array();

    private $instances = array();

    function __construct(array $servers, $retryDelay = 200, $retryCount = 3)

    {

        $this->servers = $servers;

        $this->retryDelay = $retryDelay;

        $this->retryCount = $retryCount;

        $this->quorum  = min(count($servers), (count($servers) / 2 + 1));

    }

    public function lock($resource, $ttl)

    {

        $this->initInstances();

        $token = uniqid();

        $retry = $this->retryCount;

        do {

            $n = 0;

            $startTime = microtime(true) * 1000;

            foreach ($this->instances as $instance) {

                if ($this->lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)) {

                    $n++;

                }

            }

            # Add 2 milliseconds to the drift to account for Redis expires

            # precision, which is 1 millisecond, plus 1 millisecond min drift

            # for small TTLs.

            $drift = ($ttl * $this->clockDriftFactor) + 2;

            $validityTime = $ttl - (microtime(true) * 1000 - $startTime) - $drift;

            if ($n >= $this->quorum && $validityTime > 0) {

                return [

                    'validity' => $validityTime,

                    'resource' => $resource,

                    'token'    => $token,

                ];

            } else {

                foreach ($this->instances as $instance) {

                    $this->unlockInstance($instance, $resource, $token);

                }

            }

            // Wait a random delay before to retry

            $delay = mt_rand(floor($this->retryDelay / 2), $this->retryDelay);

            usleep($delay * 1000);

            $retry--;

        } while ($retry > 0);

        return false;

    }

    public function unlock(array $lock)

    {

        $this->initInstances();

        $resource = $lock['resource'];

        $token    = $lock['token'];

        foreach ($this->instances as $instance) {

            $this->unlockInstance($instance, $resource, $token);

        }

    }

    private function initInstances()

    {

        if (empty($this->instances)) {

            foreach ($this->servers as $server) {

                list($host, $port, $timeout) = $server;

                $redis = new \Redis();

                $redis->connect($host, $port, $timeout);

                $this->instances[] = $redis;

            }

        }

    }

    private function lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)

    {

        return $instance->set($resource, $token, ['NX', 'PX' => $ttl]);

    }

    private function unlockInstance($instance, $resource, $token)

    {

        $script = '

            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then

                return redis.call("DEL", KEYS[1])

            else

                return 0

            end

        ';

        return $instance->eval($script, [$resource, $token], 1);

    }

}

?>

实例

require_once __DIR__ . '/src/RedLock.php';

$servers = [

    ['127.0.0.1', 6379, 0.01],

    ['127.0.0.1', 6389, 0.01],

    ['127.0.0.1', 6399, 0.01],

];

$redLock = new RedLock($servers);

while (true) {

    $lock = $redLock->lock('test', 10000);

    if ($lock) {

        print_r($lock);

    } else {

        print "Lock not acquired\n";

    }

}

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