如何通俗易懂的理解Redis分布式锁

一、前言
首先我们先考虑以下这个问题：

在多线程并发的情况下，我们如何保证一个代码块在同一时间只能由一个线程访问呢？

答案：通常来说，我们可以用锁来保证。比如java的synchronized用法以及ReentrantLock等等。这样就可以保证同一个JVM进程内的多个线程同步执行。

那么如果在分布式的集群环境中，如何保证不同结点的线程同步执行呢？

对于分布式场景，我们可以尝试用分布式锁。

二、分布式锁的实现有哪些呢？
a.Memcached分布式锁

利用Memcached的add命令。此命令是原子性操作，只有在key不存在的情况下，才能add成功，也就意味着线程得到了锁。

b.Redis分布式锁

和Memcached的方式类似，利用Redis的setnx命令。此命令同样是原子性操作，只有在key不存在的情况下，才能set成功。（setnx命令并不完善，后续会介绍替代方案）

c.Zookeeper分布式锁

利用Zookeeper的顺序临时节点，来实现分布式锁和等待队列。Zookeeper设计的初衷，就是为了实现分布式锁服务的。

三、如何用Redis来实现分布式锁呢？
3.1 分布式锁的三个核心要素
1.加锁
使用setnx来加锁。key是锁的唯一标识，按业务来决定命名，value这里设置为test。

setx key test

当一个线程执行setnx返回1，说明key原本不存在，该线程成功得到了锁；当一个线程执行setnx返回0，说明key已经存在，该线程抢锁失败；

2.解锁
有加锁就得有解锁。当得到的锁的线程执行完任务，需要释放锁，以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式就是执行del指令。

del key

释放锁之后，其他线程就可以继续执行setnx命令来获得锁。

3.锁超时
锁超时知道的是：如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉，来不及显式地释放锁，这块资源将会永远被锁住，别的线程北向进来。

所以，setnx的key必须设置一个超时时间，以保证即使没有被显式释放，这把锁也要在一段时间后自动释放。setnx不支持超时参数，所以需要额外指令，

expire key 30

3.2 上述分布式锁存在的问题
通过上述setnx 、del和expire实现的分布式锁还是存在着一些问题。下面将具体举例说明该问题：

1.setnx和expire的非原子性问题
假设一个场景中，某一个线程刚执行setnx，成功得到了锁。此时setnx刚执行成功，还未来得及执行expire命令，节点就挂掉了。此时这把锁就没有设置过期时间，别的线程就再也无法获得该锁。

解决措施:

由于setnx指令本身是不支持传入超时时间的，而在Redis2.6.12版本上为set指令增加了可选参数, 用法如下：

SET key value [EX seconds][PX milliseconds] [NX|XX]

EX second: 设置键的过期时间为second秒；
PX millisecond：设置键的过期时间为millisecond毫秒；
NX：只在键不存在时，才对键进行设置操作；
XX：只在键已经存在时，才对键进行设置操作；
SET操作完成时，返回OK，否则返回nil。
2.del导致误删
假设在这样一个场景当中，假如某线程成功获得了锁，并且设置的超时时间是30秒。

但是如果由于某些原因导致线程A执行的速度很慢，过了30s都还没执行完成，这时候锁过期自动释放，线程B得到了锁。

随后，线程A执行完了任务，线程A接着执行del指令来释放锁，但这时候线程B还没执行，线程A实际上删除的是线程B加的锁，

解决办法：

在del释放锁之前加一个判断，验证当前的锁是不是自己加的锁。

具体在加锁的时候把当前线程的id当做value，在删除之前验证key对应的value是不是自己线程的id；

3.出现并发的可能性
第三个问题其实还是刚才第二点所描述的场景。虽然避免了线程A误删掉key的情况，但是同一时间有A和B两个线程在访问代码块，还是不完美的。

解决办法：

可以让获得锁的线程开启一个守护线程，用来给快要过期的锁”续航“。

当过去了29秒，线程A还没执行完，这时候守护线程会执行expire指令，为这把锁“续命”20秒。守护线程从第29秒开始执行，每20秒执行一次。当线程A执行完任务，会显式关掉守护线程。

另一种情况，如果节点1 忽然断电，由于线程A和守护线程在同一个进程，守护线程也会停下。这把锁到了超时的时候，没人给它续命，也就自动释放了。