用Redis实现分布式锁

用Redis实现分布式锁

Posted on 2011-07-13 by jeff

Redis有一系列的命令，特点是以NX结尾，NX是Not eXists的缩写，如SETNX命令就应该理解为：SET if Not eXists。这系列的命令非常有用，这里讲使用SETNX来实现分布式锁。

用SETNX实现分布式锁

利用SETNX非常简单地实现分布式锁。例如：某客户端要获得一个名字foo的锁，客户端使用下面的命令进行获取：

SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>

•  如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
•  如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。

解决死锁

上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock.foo的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。

发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次，当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景：

1.  C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock.foo检查时间戳，先后发现超时了。
2.  C1 发送DEL lock.foo
3.  C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
4.  C2 发送DEL lock.foo
5.  C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。

这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！

幸好这种问题是可以避免D，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的：

1. C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0
2. C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。
3. 反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁：
   GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
4. 通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。
5. 如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。

注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了。

示例伪代码

根据上面的代码，我写了一小段Fake代码来描述使用分布式锁的全过程：

1. # get lock
2. lock = 0
3. while lock != 1:
4.     timestamp = current Unix time + lock timeout + 1
5.     lock = SETNX lock. foo timestamp
6.     if lock == 1 or (now ( ) > (GET lock. foo ) and now ( ) >  (GETSET lock. foo timestamp ) ):
7.         break ;
8.     else:
9.         sleep (10ms )
10.  
11. # do your job
12. do_job ( )
13.  
14. # release
15. if now ( ) < GET lock. foo:
16.     DEL lock. foo

是的，要想这段逻辑可以重用，使用python的你马上就想到了Decorator，而用Java的你是不是也想到了那谁？AOP + annotation？行，怎样舒服怎样用吧，别重复代码就行。