Redisson分布式锁实现原理和使用
常见的锁
内存锁lock,synchronize
分布式锁redis，zookeeper实现
Redisson基于redis实现了Lock接口的分布式集群锁，是可重入锁，功能强大，源码复杂，比redis单机模式分布式锁可靠，稳定性更高，支持集群模式，支持锁根据业务时长自动延迟释放
redis普通分布式锁存在一定的缺陷——它加锁只作用在一个Redis节点上，如果通过sentinel和cluster保证高可用，如果master节点由于某些原因发生了主从切换，那么就会出现锁丢失的情况：
高可用问题
- 客户端1在Redis的master节点上拿到了锁
- Master宕机了，存储锁的key还没有来得及同步到Slave上
- master故障，发生故障转移，slave节点升级为master节点
- 客户端2从新的Master获取到了对应同一个资源的锁
于是，客户端1和客户端2同时持有了同一个资源的锁。锁的安全性被打破了。针对这个问题。Redis作者antirez提出了RedLock算法来解决这个问题
业务线超时问题
- 节点1：如果设置锁的过期时间为30MS,但是业务线可能因为网络或者数据量峰值出现导致执行时间超过了30MS，那么这时redis已经把锁给释放了，但是业务线却仍然在执行
- 节点2这时去获取锁，发现锁可以获取成功，这就造成了 同时有两个节点在执行同一个业务逻辑，则无法保证业务的幂等性（数据加上版本号处理，但仍然会对累加结果造成重复性错误），会造成数据重复处理，或者日志主键ID重复，同一订单两次计算金额，客户两次扣款等问题
Redisson在这个问题上加上了自动续时，如果锁已经被持有，那么另一个线程试图再次获取锁时，会把已存在的锁重置过期时间，就相当于延长了当前锁的时间从而避免过期造成幂等性问题
源码RedLock算法的实现思路
全流程图
加锁机制
lock()方法直接调用 lockInterruptibly 方法，tryAcquire就是获取锁的具体实现
@Override
public void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 获取当前线程的id
long threadId = Thread.currentThread().getId();
// 尝试获取锁
Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired ，ttl为空，说明成功获取锁，返回
if (ttl == null) {
return;
}
// 如果获取锁失败，则订阅到对应这个锁的channel
RFuture<RedissonLockEntry> future = subscribe(threadId);
commandExecutor.syncSubscription(future);
try {
// 没有获取倒锁就不断的自循环获取锁
while (true) {
// 再次尝试获取锁
ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired ， ttl为空，说明成功获取锁，返回
if (ttl == null) {
break;
}
// waiting for message ， ttl大于0 则等待ttl时间后继续尝试获取
if (ttl >= 0) {
getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
} else {
getEntry(threadId).getLatch().acquire();
}
}
} finally {
// 取消对channel的订阅
unsubscribe(future, threadId);
}
// get(lockAsync(leaseTime, unit));
这里会订阅Channel，当资源可用时可以及时知道，并抢占，防止无效的轮询而浪费资源。
当资源可用用的时候，循环去尝试获取锁，由于多个线程同时去竞争资源，所以这里用了信号量，对于同一个资源只允许一个线程获得锁，其它的线程阻塞，从而避免CPU一致执行while
tryAcquireAsync 方法,有自定义过期时间则直接获取，没有则使用系统配置的默认过期时间获取
private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, final long threadId) {
// 如果存在过期时间，按照正常费那事获取锁
if (leaseTime != -1) {
return tryLockInnerAsync(leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
}
// 读取配置的默认加锁时间30秒执行获取锁的 private long lockWatchdogTimeout = 30 * 1000;
RFuture<Long> ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
// 如果一直持有这个锁，开启监听通过定时任务不断刷新锁的过期时间
ttlRemainingFuture.addListener(new FutureListener<Long>() {
@Override
public void operationComplete(Future<Long> future) throws Exception {
if (!future.isSuccess()) {
return;
}
Long ttlRemaining = future.getNow();
// lock acquired
if (ttlRemaining == null) {
scheduleExpirationRenewal(threadId);
}
}
});
return ttlRemainingFuture;
看 tryLockInnerAsync 方法，采用LUA脚本代码加锁，LUA脚本在redis中具有原子性操作。
<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
// 设置过期时间
internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
// 如果锁不存在，则通过hset设置它的值，并设置过期时间
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
// 如果锁已存在，并且锁的是当前线程，则通过hincrby给数值递增1
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
// //如果锁已存在，但并非本线程，则返回过期时间ttl
"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
Collections.<Object>singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}
这里KEYS[1]就是getName()，ARGV[2]是getLockName(threadId)
假设前面获取锁时传的name是“abc”，假设调用的线程ID是Thread-1，假设成员变量UUID类型的id是6f0829ed-bfd3-4e6f-bba3-6f3d66cd176c
那么KEYS[1]=abc，ARGV[2]=6f0829ed-bfd3-4e6f-bba3-6f3d66cd176c:Thread-1
这段脚本的意思是
1、判断有没有一个叫“abc”的key
2、如果没有，则在其下设置一个字段为“6f0829ed-bfd3-4e6f-bba3-6f3d66cd176c:Thread-1”，值为“1”的键值对 ，并设置它的过期时间
3、如果存在，则进一步判断“6f0829ed-bfd3-4e6f-bba3-6f3d66cd176c:Thread-1”是否存在，若存在，则其值加1为2，并重新设置过期时间
4、返回“abc”的生存时间（毫秒）
这里用的数据结构是hash，hash的结构是： key 字段1 值1，字段2 值2 ，字段3 值3 …
用在锁这个场景下，key就表示锁的名称，也可以理解为临界资源，字段就表示当前获得锁的线程,
所有竞争这把锁的线程都要判断在这个key下有没有自己线程的字段，如果没有则不能获得锁，如果有，则相当于重入，字段值加1（次数）,重入锁也就基本实现了
锁互斥机制
那么在这个时候，如果客户端2来尝试加锁，执行了同样的一段lua脚本，会咋样呢？
很简单，第一个if判断会执行“exists myLock”，发现myLock这个锁key已经存在了。
接着第二个if判断，判断一下，myLock锁key的hash数据结构中，是否包含客户端2的ID，但是明显不是的，因为那里包含的是客户端1的ID。
所以，客户端2会获取到pttl myLock返回的一个数字，这个数字代表了myLock这个锁key的剩余生存时间。比如还剩15000毫秒的生存时间。
此时客户端2会进入一个while循环，不停的尝试加锁。
释放锁机制
核心解锁代码，也用LUA脚本
protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
// 如果锁已经不存在， 发布锁释放的消息
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
"return 1; " +
"end;" +
// 如果释放锁的线程和已存在锁的线程不是同一个线程，返回null
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
"return nil;" +
"end; " +
// 通过hincrby递减1的方式，释放一次锁
// 若剩余次数大于0 ，则刷新过期时间
"local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
"if (counter > 0) then " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
"return 0; " +
// 否则证明锁已经释放，删除key并发布锁释放的消息
"else " +
"redis.call('del', KEYS[1]); " +
"redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
"return 1; "+
"end; " +
"return nil;",
Arrays.<Object>asList(getName(), getChannelName()), LockPubSub.unlockMessage, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}
假设name=abc，假设线程ID是Thread-1
同理，我们可以知道
KEYS[1]是getName()，即KEYS[1]=abc
KEYS[2]是getChannelName()，即KEYS[2]=redisson_lock__channel:{abc}
ARGV[1]是LockPubSub.unlockMessage，即ARGV[1]=0
ARGV[2]是生存时间
ARGV[3]是getLockName(threadId)，即ARGV[3]=6f0829ed-bfd3-4e6f-bba3-6f3d66cd176c:Thread-1
因此，上面脚本的意思是：
1、判断是否存在一个叫“abc”的key
2、如果不存在，向Channel中广播一条消息，广播的内容是0，并返回1
3、如果存在，进一步判断字段6f0829ed-bfd3-4e6f-bba3-6f3d66cd176c:Thread-1是否存在
4、若字段不存在，返回空，若字段存在，则字段值减1
5、若减完以后，字段值仍大于0，则返回0
6、减完后，若字段值小于或等于0，则广播一条消息，广播内容是0，并返回1；
可以猜测，广播0表示资源可用，即通知那些等待获取锁的线程现在可以获得锁了
一句话说:每次释放都对myLock数据结构中的那个加锁次数减1
如果发现加锁次数是0了，说明这个客户端已经不再持有锁了，此时就会用：
“del myLock”命令，从redis里删除这个key。然后呢，另外的客户端2就可以尝试完成加锁了
watch dog自动延期机制
客户端1加锁的锁key默认生存时间才30秒，如果业务执行时间超过了30秒，客户端1还是需要一直持有这把锁，怎么办呢？
简单！只要客户端1一旦加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，他是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果客户端1还持有锁key，那么就会不断的延长锁key的生存时间。
Redisson分布式锁的缺点
其实上面那种方案最大的问题，就是如果你对某个redis master实例，写入了myLock这种锁key的value，此时会异步复制给对应的master slave实例。
但是这个过程中一旦发生redis master宕机，主备切换，redis slave变为了redis master。
接着就会导致，客户端2来尝试加锁的时候，在新的redis master上完成了加锁，而客户端1也以为自己成功加了锁。
此时就会导致多个客户端对一个分布式锁完成了加锁。
这时系统在业务语义上一定会出现问题，导致各种脏数据的产生。
所以这个就是redis cluster，或者是redis master-slave架构的主从异步复制导致的redis分布式锁的最大缺陷：在redis master实例宕机的时候，可能导致多个客户端同时完成加锁，如果要追求强一致性，那么只能考虑zookeeper分布式锁，当然它们各有自己的优缺点。
spingboot中配置和使用
redisson配置不会影响jedis的使用，data-redis配置方式不变，因此可以同时两个一起使用
<!--配置方式和原来一样不会影响使用--->
>
>org.springframework.boot >
>spring-boot-starter-data-redis >
>
>
>org.redisson >
>redisson-spring-boot-starter >
>3.13.6 >
>
redisson-dev.yml集群模式，这里使用redis的cluster
clusterServersConfig:
idleConnectionTimeout: 10000
connectTimeout: 10000
timeout: 3000
retryAttempts: 3
retryInterval: 1500
subscriptionsPerConnection: 5
clientName: null
loadBalancer: !RedissonConfig这里根据环境使用相应的配置
@Configuration
public class RedissonConfig {
@Autowired
private Environment env;
@Autowired
private RedissonProperties redssionProperties;
@Bean(destroyMethod = "shutdown")
public RedissonClient redissonClient() throws IOException {
String[] profiles = env.getActiveProfiles();
String profile = "";
if(profiles.length > 0) {
profile = "-" + profiles[0];
}
Config config = Config.fromYAML(new ClassPathResource("redisson" + profile + ".yml").getInputStream());
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
return redisson;
}
}
Java中使用很简单直接调用就可以了
@Autowired
private RedissonClient redissonClient;
/**
* 每天凌晨0点执行一次
*/
@Scheduled(cron = "0 0 0 */1 * ?")
public void executeCountMonitorDataTask() {
log.info("*******执行记录状态标记任务*******");
String lock_key = RedisKeyEnum.REDIS_LOCK_PUBLISH_TASK.getRedisPrefix();
RLock lock = redissonClient.getLock(lock_key);
try {
lock.lock();
log.info("get redis lock success:{}",lock_key);
execJob();
} catch (Exception e) {
} finally {
lock.unlock();
log.info("unlock redis lock success:{}",lock_key);
}
}
主要枷锁解锁
redissonClient.getLock(lock_key)
lock.unlock();
参考资料
图片来源:https://www.cnblogs.com/cjsblog/p/9831423.html