Redis(九) - Redis之分布式锁
文章目录
- 一、分布式锁
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- 1. 分布式锁的基本原理
- 2. 分布式锁的特点
- 3. 分布式锁的实现方式
- 二、基于Redis的分布式锁
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- 1. 分布式锁执行流程
- 2. 基于Redis实现分布式锁的初级版本
- 三、Redis分布式锁误删问题
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- 1. 误删问题分析
- 2. 解决方案
- 3. 改进分布式锁的实现
- 四、分布式锁的原子性问题
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- 1. 原子性问题分析
- 2. Lua脚本解决多条命令原子性问题
- 3. 再次改进Redis的分布式锁
- 五、小结
一、分布式锁
1. 分布式锁的基本原理
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。
2. 分布式锁的特点
3. 分布式锁的实现方式
- 分布式锁的核心是实现多进程之间互斥，而满足这一点的方式有很多，常见的有三种：
二、基于Redis的分布式锁
1. 分布式锁执行流程
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
# 添加锁，NX是互斥，EX是设置超时时间
SET lock thread 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，删除即可
DEL key
2. 基于Redis实现分布式锁的初级版本
需求：定义一个类，实现下面接口，利用Redis实现分布式锁功能。
public interface ILock {
/**
* 非阻塞方式，尝试获取锁
* @param timeoutSec 锁持有的超时时间，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();
}
简单实现redis分布式锁：
public class SimpleRedisLock implements ILock {
// 业务名称
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
// 通过构造方法将name和stringRedisTemplate传入
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.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 + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
//通过del删除锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}
改造上一章中加synchronized锁的代码：
- 使用synchronized锁
synchronized (userId.toString().intern()) {
// 获取代理对象（事务）
IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
}
- 使用Redis分布式锁
// 使用Redis分布式锁
// 创建锁对象
SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
// 获取锁对象
boolean isLock = lock.tryLock(5);
// 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();
}
三、Redis分布式锁误删问题
1. 误删问题分析
- 线程1先获取锁后，由于业务阻塞还没执行完成，线程1的锁超时后自动释放
- 线程2在线程1的锁超时自动释放后，进行加锁成功
- 正好线程1将业务接着执行完后，需要释放锁，此时释放的就是线程2的锁，造成了误删问题
- 误删后，线程3又加锁成功，此时，线程2和线程3就出现了并发执行业务，造成并发安全问题
2. 解决方案
-
在获取锁时存入线程标识（可以用UUID表示）
-
在释放锁时先获取锁中的线程标识，判断是否与当前线程标识一致
- 如果一致则释放锁
- 如果不一致则不释放锁
注意：不要直接将线程id作为线程标识，因为不同JVM中的线程id可能一样，所以可以用 线程id+UUID 作为线程标识
3. 改进分布式锁的实现
public class SimpleRedisLock implements ILock {
// 业务名称
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
// 通过构造方法将name和stringRedisTemplate传入
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.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 + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
// 获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
// 获取锁中的标识
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);
}
}
}
四、分布式锁的原子性问题
1. 原子性问题分析
- 线程1执行完业务后，准备释放锁
- 先判断完锁一致后，正准备释放时，发生了阻塞（例如：GC时所有线程会阻塞），恰好线程1在阻塞期间，锁超时被释放
- 线程2获取锁成功，此时线程1被唤醒后，继续释放锁，由于之前判断过锁的标识，所以直接释放锁，但是此时的锁是线程2的
- 线程3又加锁成功，此时，线程2和线程3就出现了并发执行业务，造成并发安全问题
2. 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，语法如下：
# 执行Redis命令
redis.call('命令名称', 'key', '其他参数', ...)
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', 'jack')
# 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：
127.0.0.1:6379> help @scripting
EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
summary: Execute a Lua script server side
since: 2.6.0
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：
释放锁的业务流程是这样的：
- 获取锁中的线程标识
- 判断是否与指定的标识（当前线程标识）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脚本来表示则是这样的：
-- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key，这里的ARGV[1] 就是当前线程标识
-- 获取锁中的标识，判断是否与当前线程标识一致
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
3. 再次改进Redis的分布式锁
需求：基于Lua脚本实现分布式锁的释放锁逻辑
提示：RedisTemplate调用Lua脚本的API如下：
- 将编写的Lua脚本放在resources目录下：
public class SimpleRedisLock implements ILock {
// 业务名称
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
// 通过构造方法将name和stringRedisTemplate传入
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
// 加载Lua脚本
private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
static {
UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
}
@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 + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlockL() {
// 调用Lua脚本
stringRedisTemplate.execute(
UNLOCK_SCRIPT,
Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
}
五、小结
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，保存线程标识
- 释放锁时先判断线程标识是否与自己一致，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