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Redis分布式锁实例分析

作者：SunnyJourney 时间：2023-04-27 来源：互联网 浏览：0

分布式锁概览在多线程的环境下，为了保证一个代码块在同一时间只能由一个线程访问，Java中我们一般可以使用synchronized语法和ReetrantLock去保证，这实际上是本地锁的方式。但是现在公司都是流行分布式架构，在分布式环境下，如何保证不同节点的线程同步执行呢？因此就引出了分布式锁，它是控制分布式系统之间互斥访问共享资源的一种方式。在一个分布式系统中，多台机器上部署了多个服务，当客户端一个用户发起一个数据插入请求时，如果没有分布式锁机制保证，那么那多台机器上的多个服务可能进行并发插入操作，导致数

分布式锁概览

在多线程的环境下，为了保证一个代码块在同一时间只能由一个线程访问，Java中我们一般可以使用synchronized语法和ReetrantLock去保证，这实际上是本地锁的方式。但是现在公司都是流行分布式架构，在分布式环境下，如何保证不同节点的线程同步执行呢？因此就引出了分布式锁，它是控制分布式系统之间互斥访问共享资源的一种方式。

在一个分布式系统中，多台机器上部署了多个服务，当客户端一个用户发起一个数据插入请求时，如果没有分布式锁机制保证，那么那多台机器上的多个服务可能进行并发插入操作，导致数据重复插入，对于某些不允许有多余数据的业务来说，这就会造成问题。而分布式锁机制就是为了解决类似这类问题，保证多个服务之间互斥的访问共享资源，如果一个服务抢占了分布式锁，其他服务没获取到锁，就不进行后续操作。大致意思如下图所示：

Redis分布式锁实例分析

分布式锁的特点

分布式锁一般有如下的特点：

  • 互斥性： 同一时刻只能有一个线程持有锁

  • 可重入性： 同一节点上的同一个线程如果获取了锁之后能够再次获取锁

  • 锁超时：和J.U.C中的锁一样支持锁超时，防止死锁

  • 高性能和高可用： 加锁和解锁需要高效，同时也需要保证高可用，防止分布式锁失效

  • 具备阻塞和非阻塞性：能够及时从阻塞状态中被唤醒

分布式锁的实现方式

我们一般实现分布式锁有以下几种方式：

  • 基于数据库

  • 基于Redis

  • 基于zookeeper

Redis普通分布式锁存在的问题

说到Redis分布式锁,大部分人都会想到：setnx+lua（redis保证执行lua脚本时不执行其他操作，保证操作的原子性），或者知道set key value px milliseconds nx。后一种方式的核心实现命令如下：

- 获取锁（unique_value可以是UUID等）
SET resource_name unique_value NX PX 30000

- 释放锁（lua脚本中，一定要比较value，防止误解锁）
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then 
    return redis.call("del",KEYS[1])
else   
    return 0
end

这种实现方式有3大要点（也是面试概率非常高的地方）：

  1. set命令要用set key value px milliseconds nx；

  2. value要具有唯一性；

  3. 释放锁时要验证value值，不能误解锁；

事实上这类锁最大的缺点就是它加锁时只作用在一个Redis节点上，即使Redis通过sentinel保证高可用，如果这个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：

  1. 在Redis的master节点上拿到了锁；

  2. 但是这个加锁的key还没有同步到slave节点；

  3. master故障，发生故障转移，slave节点升级为master节点；

  4. 导致锁丢失。

为了避免单点故障问题，Redis作者antirez基于分布式环境下提出了一种更高级的分布式锁的实现方式：Redlock。Redlock也是Redis所有分布式锁实现方式中唯一能让面试官高潮的方式。

Redis高级分布式锁:Redlock

antirez提出的redlock算法大概是这样的：

在Redis的分布式环境中，我们假设有N个Redis master。这些节点完全互相独立，不存在主从复制或者其他集群协调机制。我们确保将在N个实例上使用与在Redis单实例下相同方法获取和释放锁。现在我们假设有5个Redis master节点，同时我们需要在5台服务器上面运行这些Redis实例，这样保证他们不会同时都宕掉。

为了取到锁，客户端应该执行以下操作:

  • 获取当前Unix时间，以毫秒为单位。

  • 依次尝试从5个实例，使用相同的key和具有唯一性的value（例如UUID）获取锁。当向Redis请求获取锁时，客户端应该设置一个网络连接和响应超时时间，这个超时时间应该小于锁的失效时间。例如你的锁自动失效时间TTL为10秒，则超时时间应该在5-50毫秒之间。这样可以避免服务器端Redis已经挂掉的情况下，客户端还在死死地等待响应结果。如果服务器端没有在规定时间内响应，客户端应该尽快尝试去另外一个Redis实例请求获取锁。

  • 客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（步骤1记录的时间）就得到获取锁使用的时间。当且仅当从大多数（N/2+1，这里是3个节点）的Redis节点都取到锁，并且使用的时间小于锁失效时间时，锁才算获取成功。

  • 如果取到了锁，key的真正有效时间等于有效时间减去获取锁所使用的时间（步骤3计算的结果）。

  • 如果因为某些原因，获取锁失败（没有在至少N/2+1个Redis实例取到锁或者取锁时间已经超过了有效时间），客户端应该在所有的Redis实例上进行解锁（即便某些Redis实例根本就没有加锁成功，防止某些节点获取到锁但是客户端没有得到响应而导致接下来的一段时间不能被重新获取锁）。

  • 此处不讨论时钟漂移

Redis分布式锁实例分析

Redlock源码

redisson已经有对redlock算法封装，接下来对其用法进行简单介绍，并对核心源码进行分析（假设5个redis实例）。

1. Redlock依赖



    org.redisson
    redisson
    3.3.2

2. Redlock用法

首先，我们来看一下redission封装的redlock算法实现的分布式锁用法，非常简单，跟重入锁（ReentrantLock）有点类似：

Config config = new Config();
config.useSentinelServers().addSentinelAddress("127.0.0.1:6369","127.0.0.1:6379", "127.0.0.1:6389")
        .setMasterName("masterName")
        .setPassword("password").setDatabase(0);
RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
// 还可以getFairLock(), getReadWriteLock()
RLock redLock = redissonClient.getLock("REDLOCK_KEY");
boolean isLock;
try {
    isLock = redLock.tryLock();
    // 500ms拿不到锁, 就认为获取锁失败。10000ms即10s是锁失效时间。
    isLock = redLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    if (isLock) {
        //TODO if get lock success, do something;
    }
} catch (Exception e) {
} finally {
    // 无论如何, 最后都要解锁
    redLock.unlock();
}

3. Redlock唯一ID

实现分布式锁的一个非常重要的点就是set的value要具有唯一性，redisson的value是怎样保证value的唯一性呢？答案是UUID+threadId。入口在redissonClient.getLock(“REDLOCK_KEY”)，源码在Redisson.java和RedissonLock.java中：

protected final UUID id = UUID.randomUUID();
String getLockName(long threadId) {
    return id + ":" + threadId;
}

4. Redlock获取锁

获取锁的代码为redLock.tryLock()或者redLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS)，两者的最终核心源码都是下面这段代码，只不过前者获取锁的默认租约时间（leaseTime）是LOCK_EXPIRATION_INTERVAL_SECONDS，即30s：

 RFuture tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand command) {
    internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
    // 获取锁时向5个redis实例发送的命令
    return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
              // 首先分布式锁的KEY不能存在，如果确实不存在，那么执行hset命令（hset REDLOCK_KEY uuid+threadId 1），并通过pexpire设置失效时间（也是锁的租约时间）
              "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; " +
              // 如果分布式锁的KEY已经存在，并且value也匹配，表示是当前线程持有的锁，那么重入次数加1，并且设置失效时间
              "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; " +
              // 获取分布式锁的KEY的失效时间毫秒数
              "return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
              // 这三个参数分别对应KEYS[1]，ARGV[1]和ARGV[2]
                Collections.singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}
获取锁的命令中，
  • KEYS[1]就是Collections.singletonList(getName())，表示分布式锁的key，即REDLOCK_KEY；
  • ARGV[1]就是internalLockLeaseTime，即锁的租约时间，默认30s；
  • ARGV[2]就是getLockName(threadId)，是获取锁时set的唯一值，即UUID+threadId：
5. Redlock释放锁
释放锁的代码为redLock.unlock()，核心源码如下：
protected RFuture unlockInnerAsync(long threadId) {
    // 向5个redis实例都执行如下命令
    return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
            // 如果分布式锁KEY不存在，那么向channel发布一条消息
            "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
                "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
                "return 1; " +
            "end;" +
            // 如果分布式锁存在，但是value不匹配，表示锁已经被占用，那么直接返回
            "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
                "return nil;" +
            "end; " +
            // 如果就是当前线程占有分布式锁，那么将重入次数减1
            "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
            // 重入次数减1后的值如果大于0，表示分布式锁有重入过，那么只设置失效时间，还不能删除
            "if (counter > 0) then " +
                "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
                "return 0; " +
            "else " +
                // 重入次数减1后的值如果为0，表示分布式锁只获取过1次，那么删除这个KEY，并发布解锁消息
                "redis.call('del', KEYS[1]); " +
                "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
                "return 1; "+
            "end; " +
            "return nil;",
            // 这5个参数分别对应KEYS[1]，KEYS[2]，ARGV[1]，ARGV[2]和ARGV[3]
            Arrays.asList(getName(), getChannelName()), LockPubSub.unlockMessage, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));

}
Redis实现的分布式锁轮子
下面利用SpringBoot + Jedis + AOP的组合来实现一个简易的分布式锁。
1. 自定义注解
自定义一个注解，被注解的方法会执行获取分布式锁的逻辑
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface RedisLock {
    /**
     * 业务键
     *
     * @return
     */
    String key();
    /**
     * 锁的过期秒数,默认是5秒
     *
     * @return
     */
    int expire() default 5;

    /**
     * 尝试加锁，最多等待时间
     *
     * @return
     */
    long waitTime() default Long.MIN_VALUE;
    /**
     * 锁的超时时间单位
     *
     * @return
     */
    TimeUnit timeUnit() default TimeUnit.SECONDS;
}
2. AOP拦截器实现
在AOP中我们去执行获取分布式锁和释放分布式锁的逻辑，代码如下：
@Aspect
@Component
public class LockMethodAspect {
    @Autowired
    private RedisLockHelper redisLockHelper;
    @Autowired
    private JedisUtil jedisUtil;
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LockMethodAspect.class);

    @Around("@annotation(com.redis.lock.annotation.RedisLock)")
    public Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        Jedis jedis = jedisUtil.getJedis();
        MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
        Method method = signature.getMethod();

        RedisLock redisLock = method.getAnnotation(RedisLock.class);
        String value = UUID.randomUUID().toString();
        String key = redisLock.key();
        try {
            final boolean islock = redisLockHelper.lock(jedis,key, value, redisLock.expire(), redisLock.timeUnit());
            logger.info("isLock : {}",islock);
            if (!islock) {
                logger.error("获取锁失败");
                throw new RuntimeException("获取锁失败");
            }
            try {
                return joinPoint.proceed();
            } catch (Throwable throwable) {
                throw new RuntimeException("系统异常");
            }
        }  finally {
            logger.info("释放锁");
            redisLockHelper.unlock(jedis,key, value);
            jedis.close();
        }
    }
}
3. Redis实现分布式锁核心类
@Component
public class RedisLockHelper {
    private long sleepTime = 100;
    /**
     * 直接使用setnx + expire方式获取分布式锁
     * 非原子性
     *
     * @param key
     * @param value
     * @param timeout
     * @return
     */
    public boolean lock_setnx(Jedis jedis,String key, String value, int timeout) {
        Long result = jedis.setnx(key, value);
        // result = 1时，设置成功，否则设置失败
        if (result == 1L) {
            return jedis.expire(key, timeout) == 1L;
        } else {
            return false;
        }
    }

    /**
     * 使用Lua脚本，脚本中使用setnex+expire命令进行加锁操作
     *
     * @param jedis
     * @param key
     * @param UniqueId
     * @param seconds
     * @return
     */
    public boolean Lock_with_lua(Jedis jedis,String key, String UniqueId, int seconds) {
        String lua_scripts = "if redis.call('setnx',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then" +
                "redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) return 1 else return 0 end";
        List keys = new ArrayList<>();
        List values = new ArrayList<>();
        keys.add(key);
        values.add(UniqueId);
        values.add(String.valueOf(seconds));
        Object result = jedis.eval(lua_scripts, keys, values);
        //判断是否成功
        return result.equals(1L);
    }

    /**
     * 在Redis的2.6.12及以后中,使用 set key value [NX] [EX] 命令
     *
     * @param key
     * @param value
     * @param timeout
     * @return
     */
    public boolean lock(Jedis jedis,String key, String value, int timeout, TimeUnit timeUnit) {
        long seconds = timeUnit.toSeconds(timeout);
        return "OK".equals(jedis.set(key, value, "NX", "EX", seconds));
    }

    /**
     * 自定义获取锁的超时时间
     *
     * @param jedis
     * @param key
     * @param value
     * @param timeout
     * @param waitTime
     * @param timeUnit
     * @return
     * @throws InterruptedException
     */
    public boolean lock_with_waitTime(Jedis jedis,String key, String value, int timeout, long waitTime,TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException {
        long seconds = timeUnit.toSeconds(timeout);
        while (waitTime >= 0) {
            String result = jedis.set(key, value, "nx", "ex", seconds);
            if ("OK".equals(result)) {
                return true;
            }
            waitTime -= sleepTime;
            Thread.sleep(sleepTime);
        }
        return false;
    }
    /**
     * 错误的解锁方法—直接删除key
     *
     * @param key
     */
    public void unlock_with_del(Jedis jedis,String key) {
        jedis.del(key);
    }

    /**
     * 使用Lua脚本进行解锁操纵，解锁的时候验证value值
     *
     * @param jedis
     * @param key
     * @param value
     * @return
     */
    public boolean unlock(Jedis jedis,String key,String value) {
        String luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
                "return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
        return jedis.eval(luaScript, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value)).equals(1L);
    }
}
4. Controller层控制
定义一个TestController来测试我们实现的分布式锁
@RestController
public class TestController {
    @RedisLock(key = "redis_lock")
    @GetMapping("/index")
    public String index() {
        return "index";
    }
}
                        
                                                本文内容来源于互联网，如有侵权请联系删除。
                                                

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                                                0
                                                                                                CalmMoment
                                                                                            

                                                                                        

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                                    using namespace 使用中遇到的问题怎么解决
                                    

                                        using namespace 使用中遇到的问题怎么解决
                                        
命名空间的基本概念与常见引入问题在C++等编程语言中，命名空间（namespace）是一种将代码标识符（如变量、函数、类名）封装在特定名称下的机制，其主要目的是避免命名冲突，尤其是在大型项目或使用多个第三方库时。使用“using namespace”指令可以将指定命名空间中的所有名称引入当前作用域，

                                        

                                            

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                                    c语言函数递归 实操经验总结：这些技巧很实用
                                    

                                        c语言函数递归 实操经验总结：这些技巧很实用
                                        
理解递归的基本原理在C语言中，递归是一种函数调用自身的编程技术。要掌握它，首先需要理解其核心思想：将一个复杂的大问题，分解为一个或几个与原问题相似但规模更小的子问题，直到子问题足够简单，可以直接求解。这个过程通常包含两个关键部分：递归出口和递归体。递归出口定义了问题何时不再继续分解，即最简单、可直接

                                        

                                            

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                                    c语言函数递归 怎么选？常见方案对比分析
                                    

                                        c语言函数递归 怎么选？常见方案对比分析
                                        
递归函数的基本概念与适用场景在C语言编程中，递归是一种函数调用自身的编程技巧。它并非适用于所有问题，但在处理某些具有自相似结构的问题时，能提供极其清晰和优雅的解决方案。递归的核心思想是将一个大规模问题分解为一个或多个同类型但规模更小的子问题，直到子问题简单到可以直接求解。典型的适用场景包括树形结构的

                                        

                                            

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                                    Objective-C 内存管理入门：从 alloc 到 dealloc 的生命周期详解
                                    

                                        Objective-C 内存管理入门：从 alloc 到 dealloc 的生命周期详解
                                        
理解内存管理的基石在Objective-C的编程世界中，内存管理是开发者必须掌握的核心技能之一。它直接关系到应用的性能、稳定性与资源利用效率。与一些采用自动垃圾回收机制的语言不同，Objective-C在很长一段时间里，依赖一套基于引用计数的、需要开发者部分介入的管理规则。这套规则的核心思想是明确的

                                        

                                            

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                                    如何正确使用 dealloc 以避免 iOS 应用中的内存泄漏
                                    

                                        如何正确使用 dealloc 以避免 iOS 应用中的内存泄漏
                                        
理解 dealloc 的角色与时机在 iOS 应用开发中，内存管理是保障应用性能与稳定性的基石。dealloc 方法是 Objective-C 中对象生命周期结束时的关键回调，它标志着对象即将被系统回收内存。正确理解其触发时机至关重要：当一个对象的引用计数降为零时，运行时系统会自动调用该对象的 de

                                        

                                            

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                                    深入理解 Objective-C 中的 dealloc 方法：内存管理核心机制
                                    

                                        深入理解 Objective-C 中的 dealloc 方法：内存管理核心机制
                                        
内存管理的基石在Objective-C的世界里，内存管理是开发者必须掌握的核心技能之一。作为一门在手动引用计数（MRC）时代诞生的语言，Objective-C要求程序员对对象的生命周期有清晰的认识。dealloc方法正是这一生命周期中至关重要的终点站。它是一个实例方法，当对象的引用计数降为零时，系统

                                        

                                            

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                                    理解 native2ascii：Java 国际化开发中的字符编码工具
                                    

                                        理解 native2ascii：Java 国际化开发中的字符编码工具
                                        
native2ascii 工具的基本定位在Ja va应用程序的国际化与本地化开发过程中，处理非拉丁字符集是一个常见且关键的环节。Ja va内部使用Unicode字符集来统一表示全球各种语言的文字，但其属性文件（.properties）在历史上要求使用ASCII编码，或者更准确地说，要求非ASCII字

                                        

                                            

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                                    如何使用 native2ascii 转换中文字符为 Unicode 转义序列
                                    

                                        如何使用 native2ascii 转换中文字符为 Unicode 转义序列
                                        
理解 native2ascii 工具的基本用途在软件开发，特别是涉及国际化处理的场景中，开发者常常需要处理不同编码的文本资源。native2ascii 是 Ja va 开发工具包（JDK）中提供的一个命令行实用程序，其主要功能是将包含本地字符编码（非ASCII字符）的文件，转换为包含 Unicode

                                        

                                            

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                                    Java native2ascii 命令详解：解决属性文件乱码问题
                                    

                                        Java native2ascii 命令详解：解决属性文件乱码问题
                                        
native2ascii 命令的由来与作用在Ja va开发中，处理国际化资源文件是一个常见需求。资源文件通常以.properties格式存储，用于支持多语言界面。然而，Ja va属性文件默认采用ISO-8859-1字符集编码，这导致了一个直接的问题：当文件中包含非拉丁字符（如中文、日文、韩文等）时，

                                        

                                            

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                                    装机必备
                                    

                                        装机必备
                                        
正软商城装机必备专区，精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件，帮助用户快速完成新电脑软件配置。

                                    

                                

                                                                

                                    Windows
                                    

                                        Windows
                                        
正软商城Windows软件专区，汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件，提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

                                    

                                

                                                                

                                    macOS软件
                                    

                                        macOS软件
                                        
正软商城macOS软件专区，精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具，提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

                                    

                                

                                                            

                        

                        

                            

                                Mac软件
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                                    灵活计算器
                                    

                                        灵活计算器
                                        

                                                                                        macOS/iOS/Android

                                                                                    

                                        
灵活计算器是一款笔记式算数应用，支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然，适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

                                    

                                

                                                                

                                    赤友清理大师
                                    

                                        赤友清理大师
                                        

                                                                                        macOS

                                                                                    

                                        
赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具，可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等，释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时，它能把识别后的处理步骤接得更顺，资料录入这类场景会省下不少时间。

                                    

                                

                                                                

                                    极度公式
                                    

                                        极度公式
                                        

                                                                                        Windows/macOS/Linux

                                                                                    

                                        
极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件，支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明，避免使用，享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时，它能把识别后的处理步骤接得更顺，资料录入这类场景会省下不少时间。

                                    

                                

                                
                            

                        

                        

                            

                                WINDOWS
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                                    Windows 10
                                    

                                        Windows 10
                                        

                                                                                        Windows

                                                                                    

                                        
Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统，拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起，适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

                                    

                                

                                                                

                                    极度公式
                                    

                                        极度公式
                                        

                                                                                        Windows/macOS/Linux

                                                                                    

                                        
极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件，支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明，避免使用，享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时，它能把识别后的处理步骤接得更顺，资料录入这类场景会省下不少时间。

                                    

                                

                                                                

                                    密码键盘
                                    

                                        密码键盘
                                        

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密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出，适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

                                    

                                

                                                            

                        


                                            

                
            
        
                

        

        
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