聊聊分布式锁原理及Redis如何实现分布式锁

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本篇文章给大家带来了关于redis的相关知识,其中主要介绍了关于分布式锁是什么?Redis又是怎么实现分布式锁的?需要满足什么条件?下面一起来看一下吧,希望对需要的朋友有帮助。


聊聊分布式锁原理及Redis如何实现分布式锁


一、分布式锁基本原理

分布式锁:满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

分布式锁应该满足的条件:

可见性:多个线程都能看到相同的结果,注意:这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性,只是说多个进程之间都能感知到变化的意思

互斥:互斥是分布式锁的最基本的条件,使得程序串行执行

高可用:程序不易崩溃,时时刻刻都保证较高的可用性

高性能:由于加锁本身就让性能降低,所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能

安全性:安全也是程序中必不可少的一环

常见的分布式锁有三种:

Mysql:mysql本身就带有锁机制,但是由于mysql性能本身一般,所以采用分布式锁的情况下,其实使用mysql作为分布式锁比较少见

Redis:redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式,现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁,利用setnx这个方法,如果插入key成功,则表示获得到了锁,如果有人插入成功,其他人插入失败则表示无法获得到锁,利用这套逻辑来实现分布式锁

Zookeeper:zookeeper也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案


聊聊分布式锁原理及Redis如何实现分布式锁


二、基于Redis实现分布式锁

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法:

获取锁:

互斥:确保只能有一个线程获取锁

非阻塞:尝试一次,成功返回true,失败返回false

释放锁:

手动释放

超时释放:获取锁时添加一个超时时间

基于Redis实现分布式锁原理:

  1. SET resource_name my_random_value NX PX 30000

resource_name:资源名称,可根据不同的业务区分不同的锁

my_random_value:随机值,每个线程的随机值都不同,用于释放锁时的校验

NX:key不存在时设置成功,key存在则设置不成功

PX:自动失效时间,出现异常情况,锁可以过期失效

利用NX的原子性,多个线程并发时,只有一个线程可以设置成功,设置成功表示获得锁,可以执行后续的业务处理;如果出现异常,过了锁的有效期,锁自动释放;


版本一

1、定义ILock接口

  1. public interface ILock extends AutoCloseable {
  2.     /**
  3.      * 尝试获取锁
  4.      *
  5.      * @param timeoutSec 锁持有的超时时间,过期后自动释放
  6.      * @return true代表获取锁成功;false代表获取锁失败
  7.      */
  8.     boolean tryLock(long timeoutSec);
  9.  
  10.     /**
  11.      * 释放锁
  12.      * @return
  13.      */
  14.     void unLock();
  15. }

2、基于Redis实现分布式锁—RedisLock

  1. public class SimpleRedisLock {
  2.     private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
  3.     private final String name;
  4.  
  5.     public SimpleRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String name) {
  6.         this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
  7.         this.name = name;
  8.     }
  9.  
  10.     private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
  11.  
  12.     @Override
  13.     public boolean tryLock(long timeoutSec) {
  14.         //获取线程标识
  15.         String threadId = Thread.currentThread().getId();
  16.         //获取锁
  17.         Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
  18.                 .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
  19.         return Boolean.TRUE.equals(success);
  20.     }
  21.  
  22.     @Override
  23.     public void unLock() {
  24.         //通过del删除锁
  25.         stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
  26.     }
  27.  
  28.     @Override
  29.     public void close() {
  30.         unLock();
  31.     }
  32. }


锁误删问题

问题说明:

持有锁的线程1在锁的内部出现了阻塞,这时锁超时自动释放,这时线程2尝试获得锁,然后线程2在持有锁执行过程中,线程1反应过来,继续执行,走到了删除锁逻辑,此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除,这就是锁误删的情况。

解决方案:

在存入锁时,放入自己线程的标识,在删除锁时,判断当前这把锁的标识是不是自己存入的,如果是,则进行删除,如果不是,则不进行删除。


版本二:解决锁误删问题

  1. public class SimpleRedisLock {
  2.     private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
  3.     private final String name;
  4.  
  5.     public SimpleRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String name) {
  6.         this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
  7.         this.name = name;
  8.     }
  9.  
  10.     private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
  11.     private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
  12.  
  13.     @Override
  14.     public boolean tryLock(long timeoutSec) {
  15.         //获取线程标识
  16.         String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
  17.         //获取锁
  18.         Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
  19.                 .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
  20.         return Boolean.TRUE.equals(success);
  21.     }
  22.  
  23.     @Override
  24.     public void unLock() {
  25.         // 获取线程标示
  26.         String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
  27.         // 获取锁中的标示
  28.         String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
  29.         // 判断标示是否一致
  30.         if(threadId.equals(id)) {
  31.             // 释放锁
  32.             stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
  33.         }
  34.     }
  35.  
  36.     @Override
  37.     public void close() {
  38.         unLock();
  39.     }
  40. }


锁释放的原子性问题

问题分析:

上述释放锁的代码依然存在锁误删问题,当线程1获取锁中的线程标识,并根据标识判断是自己的锁,这时锁到期自动释放,恰好线程2尝试获取锁,并拿到了锁,此时线程1依然执行释放锁的操作,就导致误删了线程2持有的锁。

原因在于,由java代码实现的释放锁流程不是原子操作,存在线程安全问题。

解决方案:

Redis提供了Lua脚本功能,在一个脚本中编写多条Redis命令,可以确保多条命令执行时的原子性。


版本三:调用Lua脚本改造分布式锁

  1. public class SimpleRedisLock implements ILock {
  2.     private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
  3.     private final String name;
  4.  
  5.     public SimpleRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String name) {
  6.         this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
  7.         this.name = name;
  8.     }
  9.  
  10.     private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
  11.     private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
  12.  
  13.     @Override
  14.     public boolean tryLock(long timeoutSec) {
  15.         //获取线程标识
  16.         String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
  17.         //获取锁
  18.         Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
  19.                 .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
  20.         return Boolean.TRUE.equals(success);
  21.     }
  22.  
  23.     @Override
  24.     public void unLock() {
  25.         String script = "if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then\n" +
  26.                 " return redis.call("del",KEYS[1])\n" +
  27.                 "else\n" +
  28.                 " return 0\n" +
  29.                 "end";
  30.         //通过执行lua脚本实现锁删除,可以校验随机值
  31.         RedisScript<Boolean> redisScript = RedisScript.of(script, Boolean.class);
  32.         stringRedisTemplate.execute(redisScript,
  33.                 Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
  34.                 ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
  35.     }
  36.  
  37.     @Override
  38.     public void close() {
  39.         unLock();
  40.     }
  41. }


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