点评项目——分布式锁
2023.12.10
集群模式下的并发安全问题及解决
随着现在分布式系统越来越普及，一个应用往往会部署在多台机器上（多节点），通过加锁可以解决在单机情况下的一人一单安全问题，但是在集群模式下就不行了。见下图：
多台服务器会对应多个jvm， synchronized锁可以锁住单台服务器的多线程，多台服务器就锁不住了，所以我们需要有一个多服务器共享的锁监视器，这里就需要使用到分布式锁了，这里我们使用redis的SETNX这个方法来实现。 流程图如下：
首先定义一个锁的接口，并实现它：
public interface ILock {
/**
* 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();
}public class SimpleRedisLock implements ILock{
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
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);//防止拆箱的时候出现空指针异常
}
@Override
public void unlock() {
//释放锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}再修改业务代码：
@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
//1.查询优惠券
SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
//2.判断秒杀活动是否开始
if(voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())){
//尚未开始
return Result.fail("秒杀尚未开始！");
}
//3.判断秒杀活动是否已经结束
if(voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())){
//尚未开始
return Result.fail("秒杀已经结束！");
}
//4.判断库存是否充足
if(voucher.getStock() < 1){
return Result.fail("库存不足");
}
//此处需要将整个函数锁起来
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
//创建锁对象
SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
//获取锁
boolean isLock = lock.tryLock(1200);
//判断是否获取锁成功
if(!isLock){
//获取锁失败，不能让黄牛不断重复，所以直接返回失败
return Result.fail("不允许重复下单!");
}
//获取锁成功
try {
//获取代理对象
IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}再使用jmeter+多台服务器进行测试，集群模式下的并发安全问题得到解决。
redis分布式锁误删问题及解决
考虑一种情况：假设线程1获取了分布式锁，然后业务阻塞了，阻塞的时间超过了redis中锁的超时时间，redis将锁释放了。这时线程2就顺利获取了该锁，并执行它的业务。此时线程1苏醒了并执行完自己的业务，于是释放锁，此时释放的锁是线程2刚刚获取的锁，意味着此时其他线程也可以获取锁进来了，这就又出现了并发安全问题了。 核心原因就在于：线程1在释放锁之前没有判断一下这把锁是不是自己之前获取的锁，导致误删了其他线程的锁。
解决办法就是：在获取锁的时候存入线程标识（用UUID标识，在一个JVM中，ThreadId一般不会重复，但是我们现在是集群模式，有多个JVM，多个JVM之间可能会出现ThreadId重复的情况），在释放锁的时候先获取锁的线程标识，判断是否与当前线程标识一致：如果一致则允许释放。
流程图改为：
需要修改SimpleRedisLock.java代码：
public class SimpleRedisLock implements ILock{
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
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);//防止拆箱的时候出现空指针异常
}
@Override
public void unlock() {
//获取线程标示
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
//获取锁中的标示
String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
//判断标示是否一致
if(threadId.equals(id)) {
//释放锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}
}分布式锁的原子性问题及解决
然而上述解决方案在极端情况下还有问题：当线程1在判断完锁的标示之后，准备释放锁之前如果出现阻塞的话(由于jvm的垃圾回收机制等原因)，redis的超时时间到了，将锁释放掉，其他线程又可以获取锁了，则又会出现和上述一样的情况：线程1会将其他线程的锁误释放掉。 产生此问题的核心原因就在于：判断锁标示和释放锁这两个操作不具有原子性。 导致在这期间又有可能出现并发安全问题。
这里我们使用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。
编写lua脚本：
--比较线程标示与锁中的标示是否一致
if(redis.call('get',KEYS[1]) == ARGY[1]) then
--释放锁
return redis.call('del',KEYS[1])
end
return 0调用lua脚本：
@Override
public void unlock() {
//调用lua脚本
stringRedisTemplate.execute(
UNLOCK_SCRIPT,
Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId()
);
}这样判断和释放操作就具有原子性了。