redis分布式锁的三种实现方式

一、引入原因

在分布式服务中，常常有如定时任务、库存更新这样的场景。

在定时任务中，如果不使用quartz这样的分布式定时工具，只是简单的使用定时器来进行定时任务，在服务分布式部署中，就有可能存在定时任务并发执行，造成一些问题。

在库存更新这样的场景中，我们服务对数据库同一条记录进行更新，并记录。对记录更新可以使用分布式锁，但对操作进行记录时，可能造成读未提交，造成记录错乱的情况。

在以上的场景中，我们引入了分布式事务锁。

二、分布式锁实现过程中的问题

问题一：异常导致锁没有释放

这个问题形成的原因就是程序在获取到锁之后，执行业务的过程中出现了异常，导致锁没有被释放。通俗的话说：上厕所的人死在了厕所里面，导致“坑位”资源死锁无法被释放。（当然这种情况出现的概率很小，但概率小不等于不存在。）

解决方案：为redis的key设置过期时间，程序异常导致的死锁，在到达过期时间之后锁自动释放。也就说厕所门是电子锁，锁定的最长时间是有限制的，超过时长锁就会自动打开释放"坑位"资源。

问题二：获取锁与设置过期时间操作不是原子性的

上文中我们虽然获取到锁，也设置了过期时间，看似完美。但是在高并发的场景下仍然会出问题，因为“获取锁”与“设置过期时间”是两个redis操作，两个redis操作不是原子性的。

可能出现这种情况：就在获取锁之后，设置过期时间之前程序宕机了。锁被获取到了但没有设置过期时间，最后又成为死锁。

解决方案：获取锁的同时设置过期时间

问题三：锁过期之后被别的线程重新获取与释放

这个问题出现的场景是：假如某个应用集群化部署存在多个进程实例，实例A、实例B。实例A获取到锁，但是执行过程超时了（数据库层面或其他层面导致操作执行超时）。超时之后锁被自动释放了，实例B获取到锁，并执行业务程序，执行完成之后把锁删除了。

解决方案： 在释放锁之前判断一下，这把锁是不是自己的那一把，如果是别人的锁你就不要动。怎么判断这把锁是不是自己的？加锁时为value赋随机值，加锁的随机值等于解锁时的获取到的值，才能证明这把锁是你的。

问题四：锁的释放不是原子性的

大家仔细看代码，锁的释放时三个操作，这三个操作不是原子性的。也就是说在高并发的场景下，你刚get到的redis key有可能也被别的线程get了，你刚要删除别的线程可能已经把这个key删除了。

解决方案： 我们可以使用redis lua脚本（lua脚本是在一个事务里面执行的，可以保证原子性）。在Java代码中可以以字符串的形式存在。如下：

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

问题五：其他的问题？

上面我们分析了很多使用redis实现分布式锁可能出现的问题及解决方案，其实在实际的开发应用中还会有更多的问题。比如：

• 目前我们的程序获取不到锁，就无限的重试，是不是应该在重试一定的次数之后就抛出异常？在有限的时间内通过异常给用户一个友好的响应。比如：程序太忙，请您稍后再试！
• 程序A没有执行完成，锁定的key就过期了。虽然过期之后会自动释放锁，但是我的程序A的确没有执行完成啊，也没有异常抛出，就是执行的时间比较长，这个时候是不是应该对锁定的key进行续期？

这些问题在高并发场景下会出现，实际上分布式锁的细节实践有很多的现成的解决方案，不用我们去自己实现。比较完整优秀的分布式锁实现包括：

• RedisLockRegistry是spring-integration-redis中提供redis分布式锁实现类
• 基于Redisson实现分布式锁原理（Redission是一个独立的redis客户端，是与Jedis、Lettuce同级别的存在）

三、具体实现

1. RedisTemplate

RedisTemplate redisTemplate;

public void updateUserWithRedisLock(SysUser sysUser) throws InterruptedException {
  // 占分布式锁，去redis占坑
  // 1\. 分布式锁占坑
Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("SysUserLock" + sysUser.getId(), "value", 30, TimeUnit.SECONDS);
  if(lock) {
    //加锁成功... 
        // todo business

    redisTemplate.delete("SysUserLock" + sysUser.getId());   //删除key，释放锁
  } else {
    Thread.sleep(100);   // 加锁失败，重试
    updateUserWithRedisLock(sysUser);
  }
}

setIfAbsent方法的作用是在某一个lock key不存在的时候，才能返回true；如果这个key已经存在了就返回false，返回false就是获取锁失败。setIfAbsent函数功能类似于redis命令行setnx。

2. RedisLockRegistry

• 集成spring-integration-redis

    

         org.springframework.boot
         spring-boot-starter-integration
    
    
         org.springframework.integration
         spring-integration-redis
    

• 注册RedisLockRegistry

    
@Configuration
    public class RedisLockConfig {

         @Bean
         public RedisLockRegistry redisLockRegistry(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
             //第一个参数redisConnectionFactory
             //第二个参数registryKey，分布式锁前缀，设置为项目名称会好些
             //该构造方法对应的分布式锁，默认有效期是60秒.可以自定义
             return new RedisLockRegistry(redisConnectionFactory, "boot-launch");
             //return new RedisLockRegistry(redisConnectionFactory, "boot-launch",60);
         }
    }

*   #### 使用RedisLockRegistry

    代码中实现

    @Resource

    private RedisLockRegistry redisLockRegistry;

    public void updateUser(String userId) {

    String lockKey = “config” + userId;

    Lock lock = redisLockRegistry.obtain(lockKey); //获取锁资源

    try {

    lock.lock(); //加锁

        
//这里写需要处理业务的业务代码

    } finally {

    lock.unlock(); //释放锁

    }

    }

注解实现

    
@RedisLock("lock-key")
    public void save(){

    }

3. 使用redisson实现分布式锁

• 集成redisson

    

      org.redisson
      redisson-spring-boot-starter
      3.15.0
      
        
          org.redisson
          
          redisson-spring-data-23
        
      
    

• 配置

  在配置文件中加

    
spring:
      redis:
        redisson:
          file: classpath:redisson.yaml

然后新建一个redisson.yaml文件，也放在resouce目录下

    
singleServerConfig:
     idleConnectionTimeout: 10000
     connectTimeout: 10000
     timeout: 3000
     retryAttempts: 3
     retryInterval: 1500
     password: 123456
     subscriptionsPerConnection: 5
     clientName: null
     address: "redis://192.168.161.3:6379"
     subscriptionConnectionMinimumIdleSize: 1
     subscriptionConnectionPoolSize: 50
     connectionMinimumIdleSize: 32
     connectionPoolSize: 64
     database: 0
     dnsMonitoringInterval: 5000
    threads: 0
    nettyThreads: 0
    codec: ! {}
    transportMode: "NIO"

• 实现

    
@Resource
    private RedissonClient redissonClient;

    public void updateUser(String userId) {
      String lockKey = "config" + userId;
      RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);  //获取锁资源
      try {
        lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);   //加锁,可以指定锁定时间

        //这里写需要处理业务的业务代码
      } finally {
        lock.unlock();   //释放锁
      }
    }

• 相对于RedisLockRegistry另一个小优点是：我们可以为每一个锁指定锁定的超时时间。RedisLockRegistry目前只能针对所有的锁设定统一的超时时间

• 如果业务执行超时之后，再去unlock会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException