Redis 实现分布式锁+执行lua脚本
Redis 实现分布式锁+执行lua脚本
本篇来看看Redis 实现分布式锁的 步步演进过程 ,包括 setnx -> set -> 过期时间 -> 误删锁 -> uuid控制锁误删-> lua脚本控制删锁的原子性
分布式锁，即分布式系统中的锁。在单体应用中我们通过锁解决的是控制共享资源访问的问题，而分布式锁，就是解决了分布式系统中控制共享资源访问的问题。与单体应用不同的是，分布式系统中竞争共享资源的最小粒度从线程升级成了进程。
假设现在在redis中有 5000个 iphone14商品 下面来通过扣减这5000个iphone的案例 来一步步完善分布式的实现,让我们能够更加理解这些改进的原因.
set iphone14 50001.无 分布式锁控制
无锁控制的时候 多个线程获取会同时获取到库存 然后进行扣减 会导致并发问题
String stock = stringRedisTemplate.opsForValue().get("iphone14");
if (stock != null) {
// 3.比较并且扣减库存
long stockCount = Long.parseLong(stock);
if (stockCount > 0) {
// 4.设置库存
stringRedisTemplate.opsForValue().set("iphone14", String.valueOf(--stockCount));
}
}ab测试后发现严重的超卖问题
ab -c 100 -n 5000 http://127.0.0.1:10010/deduct
2.使用 setnx 命令
可以通过 redis 的 setnx 命令 来添加锁, 这个命令的意思是 如果key不存在 才设置, 这就模拟了如果别人没抢到锁我就加锁的意思
下面是使用 setnx 命令实现的分布式 看看会有什么问题?
public void deduct() {
// 1.获取redis 锁
while (Boolean.FALSE.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "lockvalue"))) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
// 2.获取库存
String stock = stringRedisTemplate.opsForValue().get("iphone14");
if (stock != null) {
// 3.比较并且扣减库存
long stockCount = Long.parseLong(stock);
if (stockCount > 0) {
// 4.设置库存
stringRedisTemplate.opsForValue().set("iphone14", String.valueOf(--stockCount));
}
}
} finally {
// 5.释放锁
stringRedisTemplate.delete("lock");
}问题 (没有设置过期时间)
可以看到在finally 里面我们进行了释放锁的操作, 但是如果还没执行finally这里就宕机了 那这个lock 锁会一直存在就导致没有释放 产生了死锁, 所以需要给锁添加一个过期时间
改进一
while (Boolean.FALSE.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "lockvalue"))) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//给锁 添加过期时间 ???问题: 刚刚要执行这行代码的时候 就宕机了 就会产生死锁
stringRedisTemplate.expire("lock",30,TimeUnit.SECONDS);这里虽然在获取锁后 去给锁设置了过期时间, 但是如果 刚刚获取锁就宕机了 也会导致死锁
我们会发现需要 在设置锁的时候同时设置过期时间, 需要这2个操作是原子性的, 那么 setnx 命令就不合适了需要使用 set 命令
3. 使用 set 命令替代setnx (保证原子性)
从2.6.12版本开始，redis 为SET命令增加了一系列选项：
EX seconds 设置key的过期时间，单位是秒
PX milliseconds 设置key的过期时间，单位是毫秒
NX 只有键key不存在时，才能设置key的值
XX 只有键key存在时，才能设置key的值
set 命令是支持 NX XX 判断的 , NX 代表不存在才设置, 并且同时支持 设置过期时间
对应到 redistemplate 的方法就是 setifAbsent 是NX setIfPresent 对应XX
//保证了 设置key 和 过期时间 两条命令的 的原子性
while (Boolean.FALSE.equals(
stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "lockvalue", 3, TimeUnit.SECONDS))) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
// 2.获取库存
String stock = stringRedisTemplate.opsForValue().get("iphone14");
if (stock != null) {
// 3.比较并且扣减库存
long stockCount = Long.parseLong(stock);
if (stockCount > 0) {
// 4.设置库存
stringRedisTemplate.opsForValue().set("iphone14", String.valueOf(--stockCount));
}
}
} finally {
// 5.释放锁
stringRedisTemplate.delete("lock");
}问题(误删锁)
从上面代码可以发现 如果某个线程获取了锁 并且在执行业务的因为某些原因执行较慢 导致锁已经到了过期时间 自动释放了, 那么 其他线程会获取到锁, 然后第一个线程执行完成后 又会去删除锁,而此时的锁已经是其他线程的锁 , 导致了误删锁的情况
4. 添加UUID 防止误删锁
这里简单演示通过添加 uuid 来防止误删其他线程的锁
String uuid = UUID.randomUUID().toString();
while (Boolean.FALSE.equals(
stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid, 3, TimeUnit.SECONDS))) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
.....
finally {
// 5.释放锁 对锁进行了 uuid 的判断 判断是否是自己的锁
String lockValue = stringRedisTemplate.opsForValue().get("lock");
if (lockValue.equals(uuid)) {
stringRedisTemplate.delete("lock");
}
}问题(误删锁 原子性问题)
可以发现还是有问题 , 虽然我们比较了 锁是不是自己的, 但是 还是有可能在刚刚比较完成 equals 进去后 里面锁失效了 又被其他线程添加了新的锁, 此时还是会有误删的可能
5. Lua 脚本 控制删除锁 的原子性
redis给lua 脚本留了口子通过 eval 命令运行lua脚本来 原子性执行lua脚本里的逻辑
lua 脚本多的就不介绍了, 只需要知道看懂下面的代码即可
if 10 > 11
then return '10>11'
elseif 10 > 9
then return '10>9'
else
return 'nil'
end
同时 在lua里也可以调用 redis的命令 通过 redis.call('set', 'name', 'johnny')
好了不介绍了 下面来看看 如何通过lua脚本来控制 删除锁的原子性
5.1 lua 脚本删除锁逻辑
if redis.call('get' , 'lock') == uuid
then
redis.call('del' , 'lock')
return 1
else
return 0
end假如 此时 redis中 lock 锁的 uuid = 91dbc829-d44e-4f03-96d8-95a06f3ff975
转化成 可以执行的
if redis.call('get' , KEYS[1]) == ARGV[1] then redis.call('del' , KEYS[1]) return 1 else return 0 end 1 lock 91dbc829-d44e-4f03-96d8-95a06f3ff975** 
5.2 redistemplate 执行lua脚本实现
private final String deleteLockLua =
"if redis.call('get' , KEYS[1]) == ARGV[1] then redis.call('del' , KEYS[1]) return 1 else return 0 end";
public void deduct() {
// 1.获取redis 锁
String uuid = UUID.randomUUID().toString();
while (Boolean.FALSE.equals(
stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid, 3, TimeUnit.SECONDS))) {
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
// 2.获取库存
String stock = stringRedisTemplate.opsForValue().get("iphone14");
if (stock != null) {
// 3.比较并且扣减库存
long stockCount = Long.parseLong(stock);
if (stockCount > 0) {
// 4.设置库存
stringRedisTemplate.opsForValue().set("iphone14", String.valueOf(--stockCount));
}
}
} finally {
//通过 DefaultRedisScript 来执行 lua脚本
DefaultRedisScript redisScript = new DefaultRedisScript<>();
//Boolean 对应 lua脚本返回的 0 1
redisScript.setResultType(Boolean.class);
//指定需要执行的 lua脚本
redisScript.setScriptText(deleteLockLua);
// 5.释放锁
//注意 需要提供 List keys, Object... args 代表 keys 和 ARGV
stringRedisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList("lock"), uuid);
}
} 压测一下发现正常控制了库存
总结
本篇主要一步步演进手写redis分布式锁的实现, 包括 setnx -> set -> 过期时间 -> 误删锁 -> uuid控制锁误删-> lua脚本控制删锁的原子性等等.. 其实目前还有问题, 包括锁续期问题 以及redis 可重入锁的问题 有机会在完善吧
需要注意 redis 中如何使用 lua脚本的, 因为一些原子性操作就是需要lua脚本来控制 包括 redission 框架也是通过lua脚本实现的.
1. 分布式锁
排他性:setnx
防止死锁 需要设置过期时间
过期时间 和 设置key 又不是原子性 所以需要缓存 set key v ex 20 nx 命令 ,
防止误删 添加uuid
删除又不是原子性 所以 引入 lua 脚本 解决误删原子问题
if redis.call('get' , 'lock') == uuid
then
redis.call('del' , 'lock')
return 1
else
return 0
end
可重入解锁
if redis.call('hexists', 'lock', 'uuid') == 0
then
return nil
elseif redis.call('hincrby' , 'lock' , 'uuid', -1) == 0
then
return redis.call('del', 'lock')
else
return 0
end
可重入加锁
if redis.call('exists','lock') == 0 or redis.call('hexists', 'lock', 'uuid') == 1 then redis.call('hincrby', 'uuid', 1) redis.call('expire', 'lock', 30) return 1 else return 0 end
欢迎大家访问 个人博客 Johnny小屋
欢迎关注个人公众号
