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使用Redis简单实现分布式锁 分布式锁

分类: IT文章 • 2022-02-26 11:13:13

使用Redis简单实现分布式锁 分布式锁

分布式锁的几种实现方式：mamcache、redis、zookeeper，本片就redis实现分布式锁进行简单的介绍与实现

redis实现分布式锁
加锁

最简单的方法是使用setnx命令，key是唯一的标志，可以按照业务来命名，而value最好的做法是使用线程ID

setnx(key, thread_id)

当setnx返回1说明key原本不存在，该线程成功获取锁；当setnx返回0说明key已经存在，该线程获取锁失败。

解锁

当持有锁的线程执行完成后，需要释放锁，以便其他的线程可以进入。释放锁的的方式是del命令

del(key)

释放锁之后，其他的线程就可以继续执行setnx命令来加锁

锁超时

如果一个线程在执行任务的过程中挂掉，来不及释放锁，这块资源将永远被锁住__（死锁）__，别的线程再也别想进来，所以setnx的key必须设置一个超时时间，以保证即使没有被显示的释放锁，这把锁在一定的时间之后会自动释放，但是由于setnx不支持超时参数，所以需要使用额外的指令

expire(key, timeout)

完整的伪代码如下

if (setnx(key, thread_id) == 1) {
	expire(key, timeout);
    try {
        // ----- 业务代码
    } finally {
        del(key);
    }
}

但是上述的做法存在一些问题：

  1. setnx和expire这是两个操作，他们并不是原子性的，所以在极端情况下有可能加锁成功了，但是给锁设置超时时间的时候服务出错了导致设置超时时间失败了，此时还是会变成__死锁__

    所以一般情况下我们都使用set指令来替代setnx指令，因为set指令有可选参数

    if (set(key, thread_id, timeout, NX) == 1) {
	expire(key, timeout);
    try {
        // ----- 业务代码
    } finally {
        del(key);
    }
}

  2. del误删：这又是一个极端场景，加入A线程成功加锁并且设置了超时时间是30秒，如果A业务执行太慢过了30秒还没有执行完，这个时候锁过期了会自动释放，B线程得到了锁，当A线程执行完之后，接着执行del指令，但是这个时候B线程还没有执行，A会将锁释放。

    该问题的解决方式也很简单，就是将set指令的value设置为线程ID，在释放锁之前进行验证，当前线程ID是否正确

    if (set(key, thread_id, timeout, NX) == 1) {
	expire(key, timeout);
    try {
        // ----- 业务代码
    } finally {
    	if (thread_id.equaks(get(key))) {
	        del(key);
    	}
    }
}

    同时将线程Id设置为value还可以解决__重入__问题

  3. 虽然我们将线程Id作为value避免了key误删的情况，但是此时同一时间有两个线程在只想业务，仍然是不完美的，这种情况我们可以通过守护线程的方式给锁续航

    让获取锁的线程开启一个守护线程，在锁快要到期的时候，使用守护线程来给锁增加超时时间：

    1. 当持有锁的线程执行完之后，显示的关闭掉守护线程
    2. 当持有锁的线程所在服务挂掉后，守护线程也会挂掉，此时没有续航到时间一样会被释放掉
/***
 * 使用RedisTemplate简单实现分布式锁
 */
@Slf4j
@Component
public class RedisLockUtil {
    /*** 分布式锁固定前缀 ***/
    private static final String REDIS_LOCK = "redis_lock_";
    /*** 分布式锁过期时间 ***/
    private static final Integer EXPIRE_TIME = 30;
    /*** 每次自旋睡眠时间 ***/
    private static final Integer SLEEP_TIME = 50;
    /*** 分布式锁自旋次数 ***/
    private static final Integer CYCLES = 10;
    @SuppressWarnings("all")
    @Resource(name = "redisTemplate")
    private ValueOperations<String, String> lockOperations;

    /**
     * 加锁
     *
     * @param key   加锁唯一标识
     * @param value 释放锁唯一标识（建议使用线程ID作为value）
     */
    public void lock(String key, String value) {
        lock(key, value, EXPIRE_TIME);
    }

    /**
     * 加锁
     * @param key     加锁唯一标识
     * @param value   释放锁唯一标识（建议使用线程ID作为value）
     * @param timeout 超时时间（单位：S）
     */
    public void lock(String key, String value, Integer timeout) {
        Assert.isTrue(StringUtils.isNotBlank(key), "redis locks are identified as null.");
        Assert.isTrue(StringUtils.isNotBlank(value), "the redis release lock is identified as null.");
        int cycles = CYCLES;
        // ----- 尝试获取锁，当获取到锁，则直接返回，否则，循环尝试获取
        while (!tryLock(key, value, timeout)) {
            // ----- 最多循环10次，当尝试了10次都没有获取到锁，抛出异常
            if (0 == (cycles--)) {
                log.error("redis try lock fail. key: {}, value: {}", key, value);
                throw new RuntimeException("redis try lock fail.");
            }
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(SLEEP_TIME);
            } catch (Exception e) {
                log.error("history try lock error.", e);
            }
        }
    }

    /**
     * 尝试获取锁
     * @param key     加锁唯一标识
     * @param value   释放锁唯一标识（建议使用线程ID作为value）
     * @param timeout 超时时间（单位：S）
     * @return [true: 加锁成功; false: 加锁失败]
     */
    private boolean tryLock(String key, String value, Integer timeout) {
        Boolean result = lockOperations.setIfAbsent(REDIS_LOCK + key, value, timeout, TimeUnit.SECONDS);
        return result != null && result;
    }

    /**
     * 释放锁
     * @param key   加锁唯一标识
     * @param value 释放锁唯一标识（建议使用线程ID作为value）
     */
    public void unLock(String key, String value) {
        Assert.isTrue(StringUtils.isNotBlank(key), "redis locks are identified as null.");
        Assert.isTrue(StringUtils.isNotBlank(value), "the redis release lock is identified as null.");
        key = REDIS_LOCK + key;
        // ----- 通过value判断是否是该锁：是则释放；不是则不释放，避免误删
        if (value.equals(lockOperations.get(key))) {
            lockOperations.getOperations().delete(key);
        }
    }
}

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