Redis 分布式锁

Redis 分布式锁

实现原理

共享资源互斥，实现资源串行化，在单体应用中常用的有：Synchronized、ReentrantLock。分布式锁是控制分布式系统之间同步访问共享资源的一种方式，利用 Redis 的单线程特性对共享资源进行串行化。

实现方式

可以使用 Jedis 实现分布式锁的获取和释放，推荐使用 jedis 的 set 方法，其中设置 NX 保证互斥性，添加 EX 过期时间，也可是使用 setnx 命令实现，但是会存在并发问题。

释放锁可以使用 del 命令或者 redis + lua 脚本。del 命令也会存在并发问题，例如 A、B 客户端，A 在执行 jedis.del() 之前，A 锁突然过期，同时 B 客户端尝试加锁成功，然后 A 客户端执行 del 命令，解锁了 B 客户端刚加的锁。

存在问题

除了上边并发的问题，还存在其他的问题。

1、单机：无法高可用。搭建集群 AP 模型。

2、主从复制：由于主从数据的不一致，有可能锁会重复获得。主库的锁没有复制到从库，从库就由于主库宕机而升级为主库，此时的主库没有锁，同一资源就能重复获得锁。该问题可以使用 RedLock (红锁)来解决，保证获取锁的时候需要在满足大于一半的缓存服务器 set 锁成功的情况下才能获取成功。

3、无法续租：超过 expireTime 后，不能继续使用。使用 Redisson 框架。

CP 强一致性

AP 高可用

Redission 分布式锁的使用

Redisson 是架设在 Redis 基础上的一个 Java 驻内存数据网络。基于 NIO 的 Netty 框架上，生产环境使用分布式锁。

Maven jar 包

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

配置 Redisson

application-redis.yml

spring:
  redis:
    host: localhost
    port: 6379
    password: 123456           #没有密码就保留空
    timeout: 5000  # 连接超时时间
    jedis:
       pool:
         max-active: 1000 # 池在给定时间可以分配的最大连接数。使用负值表示无限制。
         max-idle: 50  #池中“空闲”连接的最大数量。使用负值表示空闲连接的数量不受限制
         min-idle: 10  # 目标是池中要维护的最小空闲连接数。。
         max-wait: -1  # 在池耗尽时引发异常之前，连接分配应阻止的最长时间。使用负值无限期阻塞。
    redisson:
      pool:
        max-active: 1000   # 池在给定时间可以分配的最大连接数。使用负值表示无限制。
        min-idle: 10   # 目标是池中要维护的最小空闲连接数。
      tokenName: Authorization    # 用于分布式锁的唯一标识,一般使用token如果没有找到,就找sessionId
  session:
    store-type: redis   #设置session保存为默认redis的方式 ,可以解决分布式session不一致问题

使用文件

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.config.Config;

public class RedissonManager {
    private static Config config = new Config();
    
    // 声明 redisson 对象
    private static Redisson redisson = null;
    
    // 实例化 redisson
    static {
        config.useClusterServers()
                // 集群扫描间隔
                .setScanInterval(2000)
                // cluster 方式
//                .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379")
//                .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379")
                .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        redisson = (Redisson) Redisson.create(config);
    }
    
    public static Redisson getRedisson() {
        return redisson;
    }
}

锁的获取和释放

public class DistributedRedisLock {
    //从配置类中获取redisson对象
    private static Redisson redisson = RedissonManager.getRedisson();
    private static final String LOCK_TITLE = "redisLock_";

    // 加锁
    public static boolean acquire(String lockName) {
        // 声明 key 对象
        String key = LOCK_TITLE + lockName;
        // 获取锁对象
        RLock myLock = redisson.getLock(key);
        //加锁，并且设置锁过期时间3秒，防止死锁的产生 uuid+threadId
        myLock.lock(3,  TimeUnit.SECONDS);
        return true;
    }
    
    // 锁的释放
    public static void reelease(String lockName) {
        String key = LOCK_TITLE + lockName;
        RLock myLock = redisson.getLock(key);
        myLock.unlock();
    }
}

业务使用

public String doSoming() {
    String key = "lock001";
    DistributedRedisLock.acquire(key);
    // do something
    DistributedRedisLock.release(key);
    return "success";
}

Redisson 分布式锁的实现原理

加锁的机制

Redisson 在加锁前会根据 hash 阶段选择一台机器(Redis 机器)，发送 lua 脚本到 redis 服务器上，脚本如下

//如果不存在加锁的key(serviceKey)就执行加锁的逻辑
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
    "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +  -- 无锁，加锁，1：加了一回
    //pexpire命令:给指定的Key设置过期时间
    "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
    "return nil; " +
    "end; " +
    //判断Hash类型的加锁的key对应的的Map结构中，key对应的value是否存在
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
    //将key对应的value值进行+1，重入锁
    "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
    //pexpire命令:给指定的Key设置过期时间
    "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
     "return nil; " +
     "end; " +
    //返回Key(serviceKey)的过期时间
"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",

lua 的作用，保证业务逻辑执行的原子性。也就是解决上边踢桃的 setnx 的并发问题。

名词解析

KEYS[1]：加锁的 key

ARGV[1]：key 的生成时间， expire。

ARGV[2]：加锁的客户端 Id （UUID.randomUUID + “:” + threadId）

自动延迟机制

一旦加锁成功，就会启动一个 watch dog (看门狗），一个后端线程，会每隔 10 秒检查一下，如果还持有锁 key，会不断的延长锁的生存时间。可以通过 lockWatchdogTimeout 进行配置。

释放锁的机制

-- 锁对应的hash不存在
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) 
then 
    -- 通知抢锁。
    redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); 
    --结束
    return 1; 
end;
-- 如果锁不存在，不处理
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) 
then 
    return nil;
end; 
--对其中的元素进行计数 -1 实现可重入
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); 
-- 如果此时还有计数
if (counter > 0) 
then 
    -- 刷新过期时间
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); 
    return 0; 
else 
    -- 解锁，通知其他线程争抢锁。
    redis.call('del', KEYS[1]); 
    redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); 
    return 1; 
end; 
return nil;

• KEYS[1] ：需要加锁的key，这里需要是字符串类型。

• KEYS[2] ：redis消息的ChannelName,一个分布式锁对应唯一的一个channelName: “redisson_lockchannel{” + getName() + “}”

• ARGV[1] ：reids消息体，这里只需要一个字节的标记就可以，主要标记redis的key已经解锁，再结合 redis 的Subscribe，能唤醒其他订阅解锁消息的客户端线程申请锁。

• ARGV[2] ：锁的超时时间，防止死锁

• ARGV[3] ：锁的唯一标识，也就是刚才介绍的 id（UUID.randomUUID()） + “:” + threadId

总结

分布式锁的特性

• 互斥性：只能一个客户端
• 同一性：只能同一个客户端
• 可重入：持续加锁
• 容错性：防止死锁