Redis分布式鎖的使用和實(shí)現(xiàn)原理詳解
模擬一個(gè)電商里面下單減庫(kù)存的場(chǎng)景。
1.首先在redis里加入商品庫(kù)存數(shù)量。
2.新建一個(gè)Spring Boot項(xiàng)目，在pom里面引入相關(guān)的依賴。
<dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId> </dependency>
3.接下來(lái)，在application.yml配置redis屬性和指定應(yīng)用的端口號(hào)：
server: port: 8090 spring: redis: host: 192.168.0.60 port: 6379
4.新建一個(gè)Controller類(lèi)，扣減庫(kù)存第一版代碼：
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.Objects;
@RestController
public class StockController {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(StockController.class);
@Resource
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
// 從redis中獲取庫(kù)存數(shù)量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫(kù)存
int restStock = stock - 1;
// 剩余庫(kù)存再重新設(shè)置到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功，剩余庫(kù)存：{}", restStock);
} else {
logger.info("庫(kù)存不足，扣減失敗。");
}
return "success";
}
}
上面第一版的代碼存在什么問(wèn)題：超賣(mài)。假如多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用獲取庫(kù)存數(shù)量的代碼，那么每個(gè)線程拿到的都是100，判斷庫(kù)存都大于0，都可以執(zhí)行減庫(kù)存的操作。假如兩個(gè)線程都做減庫(kù)存更新緩存，那么緩存的庫(kù)存變成99，但實(shí)際上，應(yīng)該是減掉2個(gè)庫(kù)存。
那么很多人的第一個(gè)想法是加synchronized同步代碼塊，因?yàn)楂@取數(shù)量和減庫(kù)存不是原子性操作，有多個(gè)線程來(lái)執(zhí)行代碼的時(shí)候，只允許一個(gè)線程執(zhí)行代碼塊里的代碼。那么改完的第二版的代碼如下：
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
synchronized (this) {
// 從redis中獲取庫(kù)存數(shù)量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫(kù)存
int restStock = stock - 1;
// 剩余庫(kù)存再重新設(shè)置到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功，剩余庫(kù)存：{}", restStock);
} else {
logger.info("庫(kù)存不足，扣減失敗。");
}
}
return "success";
}
但使用synchronize存在的問(wèn)題，就是只能保證單機(jī)環(huán)境運(yùn)行時(shí)沒(méi)有問(wèn)題的。但現(xiàn)在的軟件公司里，基本上都是集群架構(gòu)，是多實(shí)例，前面使用Nginx做負(fù)載均衡，大概架構(gòu)如下：
Nginx分發(fā)請(qǐng)求，把請(qǐng)求發(fā)送到不同的Tomcat容器，而synchronize只能保證一個(gè)應(yīng)用是沒(méi)有問(wèn)題的。
那么代碼改進(jìn)第三版，就是引入redis分布式鎖，具體代碼如下：
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
String lockKey = "stockKey";
try {
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1");
if (!result) {
return "errorCode";
}
// 從redis中獲取庫(kù)存數(shù)量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫(kù)存
int restStock = stock - 1;
// 剩余庫(kù)存再重新設(shè)置到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功，剩余庫(kù)存：{}", restStock);
} else {
logger.info("庫(kù)存不足，扣減失敗。");
}
} finally {
stringRedisTemplate.delete(lockKey)
}
return "success";
}
如果有一個(gè)線程拿到鎖，那么其他的線程就會(huì)等待。一定要記得在finally里面把使用完的鎖要?jiǎng)h除掉。否則一旦拋出異常，只有一個(gè)線程會(huì)一直持有鎖，其他線程沒(méi)有機(jī)會(huì)獲取。
但如果在執(zhí)行if (stock > 0) {代碼塊里的代碼，因?yàn)殄礄C(jī)或重啟沒(méi)有執(zhí)行完，也會(huì)一直持有鎖，所以，這里需要把鎖加一個(gè)超時(shí)時(shí)間：
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1"); stringRedisTemplate.expire(lockKey, 10, TimeUnit.SECONDS);
但如果上面兩行代碼在中間執(zhí)行出問(wèn)題了，設(shè)置超時(shí)時(shí)間的代碼還沒(méi)執(zhí)行，也會(huì)出現(xiàn)鎖不能釋放的問(wèn)題。好在有對(duì)應(yīng)的方法：就是把上面兩行代碼設(shè)置成一個(gè)原子操作：
// 這里默認(rèn)設(shè)置超時(shí)時(shí)間為10秒 boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1", 10, TimeUnit.SECONDS);
到此為止，如果并發(fā)量不是很大的話，基本上是沒(méi)有問(wèn)題的。
但是，如果請(qǐng)求的并發(fā)量很大，就會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題：有種比較特殊的情況，第一個(gè)線程執(zhí)行了15秒，但是執(zhí)行到10秒鐘的時(shí)候，鎖已經(jīng)失效釋放了，那么在高并發(fā)場(chǎng)景下，第二個(gè)線程發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng)失效，那么它就可以拿到這把鎖進(jìn)行加鎖，
假設(shè)第二個(gè)線程執(zhí)行需要8秒，它執(zhí)行到5秒鐘后，此時(shí)第一個(gè)線程已經(jīng)執(zhí)行完了，執(zhí)行完那一刻，進(jìn)行了刪除key的操作，但是此時(shí)的鎖是第二個(gè)線程加的，這樣第一個(gè)線程把第二個(gè)線程加的鎖刪掉了。
那意味著第三個(gè)線程又可以拿到鎖，第三個(gè)線程執(zhí)行了3秒鐘，此時(shí)第二個(gè)線程執(zhí)行完畢，那么第二個(gè)線程把第三個(gè)線程的鎖又刪除了。導(dǎo)致鎖失效。
那么解決的思路就是，我自己加的鎖，不要被別人刪掉。那么可以為每個(gè)進(jìn)來(lái)的請(qǐng)求生成一個(gè)唯一的id，作為分布式鎖的值，然后在釋放時(shí)，判斷一下當(dāng)前線程的id，是不是和緩存里的id是否相等。
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
String lockKey = "stockKey";
String id = UUID.randomUUID().toString();
try {
// 這里默認(rèn)設(shè)置超時(shí)時(shí)間為30秒
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, id, 30, TimeUnit.SECONDS);
if (!result) {
return "errorCode";
}
// 從redis中獲取庫(kù)存數(shù)量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫(kù)存
int restStock = stock - 1;
// 剩余庫(kù)存再重新設(shè)置到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功，剩余庫(kù)存：{}", restStock);
} else {
logger.info("庫(kù)存不足，扣減失敗。");
}
} finally {
if (id.contentEquals(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get(lockKey)))) {
stringRedisTemplate.delete(lockKey);
}
}
return "success";
}
到此為止，一個(gè)比較完善的鎖就實(shí)現(xiàn)了，可以應(yīng)付大部分場(chǎng)景。
當(dāng)然，上面的代碼還有一個(gè)問(wèn)題，就是一個(gè)線程執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了過(guò)期時(shí)間，后面的代碼還沒(méi)有執(zhí)行完，鎖就已經(jīng)刪除了，還是會(huì)有些bug存在。解決的方法是給鎖續(xù)命的操作。
在當(dāng)前主線程獲取到鎖以后，可以fork出一個(gè)線程，執(zhí)行Timer定時(shí)器操作，假如默認(rèn)超時(shí)時(shí)間為30秒，那么定時(shí)器每隔10秒去看下這把鎖還是否存在，存在就說(shuō)明這個(gè)鎖里的邏輯還沒(méi)有執(zhí)行完，那么就可以把當(dāng)前主線程的超時(shí)時(shí)間重新設(shè)置為30秒；如果不存在，就直接結(jié)束掉。
但是上面的邏輯，在高并發(fā)場(chǎng)景下，實(shí)現(xiàn)比較完善還是比較困難的。好在現(xiàn)在已經(jīng)有比較成熟的框架，那就是Redisson。官方地址https://redisson.org。
下面用Redisson來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
首先引入依賴包：
<dependency> <groupId>org.redisson</groupId> <artifactId>redisson</artifactId> <version>3.6.5</version> </dependency>
配置類(lèi)：
@Configuration
public class RedissonConfig {
@Bean
public Redisson redisson() {
// 單機(jī)模式
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.0.60:6379").setDatabase(0);
return (Redisson) Redisson.create(config);
}
}
接下來(lái)用redisson重寫(xiě)上面的減庫(kù)存操作：
@Resource
private Redisson redisson;
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
String lockKey = "stockKey";
RLock redissonLock = redisson.getLock(lockKey);
try {
// 加鎖，鎖續(xù)命
redissonLock.lock();
// 從redis中獲取庫(kù)存數(shù)量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫(kù)存
int restStock = stock - 1;
// 剩余庫(kù)存再重新設(shè)置到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功，剩余庫(kù)存：{}", restStock);
} else {
logger.info("庫(kù)存不足，扣減失敗。");
}
} finally {
redissonLock.unlock();
}
return "success";
}
其實(shí)就是三個(gè)步驟：獲取鎖，加鎖，釋放鎖。
先簡(jiǎn)單看下Redisson的實(shí)現(xiàn)原理：
這里先說(shuō)一下Redis很多操作使用Lua腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)原子性操作，關(guān)于Lua語(yǔ)法，可以去網(wǎng)上找下相關(guān)教程。
使用Lua腳本的好處有：
1.減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，多個(gè)命令可以使用一次請(qǐng)求完成；
2.實(shí)現(xiàn)了原子性操作，Redis會(huì)把Lua腳本作為一個(gè)整體去執(zhí)行；
3.實(shí)現(xiàn)事務(wù)，Redis自帶的事務(wù)功能有限，而Lua腳本實(shí)現(xiàn)了事務(wù)的常規(guī)操作，而且還支持回滾。
但是Lua實(shí)際上不會(huì)使用很多，如果Lua腳本執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)镽edis是單線程，因此會(huì)導(dǎo)致堵塞。
最后，說(shuō)下Redisson分布式鎖的代碼實(shí)現(xiàn)，
找到上面的redissonLock.lock()；
lock方法點(diǎn)進(jìn)去，一直點(diǎn)到RedissonLock類(lèi)里面的lockInterruptibly方法：
@Override
public void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 獲取線程id
long threadId = Thread.currentThread().getId();
Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {
return;
}
RFuture<RedissonLockEntry> future = subscribe(threadId);
commandExecutor.syncSubscription(future);
try {
while (true) {
ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {
break;
}
// waiting for message
if (ttl >= 0) {
getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
} else {
getEntry(threadId).getLatch().acquire();
}
}
} finally {
unsubscribe(future, threadId);
}
// get(lockAsync(leaseTime, unit));
}
重點(diǎn)看下tryAcquire方法，把線程id作為一個(gè)參數(shù)傳遞進(jìn)來(lái)，在這個(gè)方法里面，找到tryLockInnerAsync方法點(diǎn)進(jìn)去，
<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
"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; " +
"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; " +
"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
Collections.<Object>singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}
這里就是一堆Lua腳本，先看第一個(gè)if命令，先去判斷 KEYS[1]（就是對(duì)應(yīng)的鎖key的名字），如果不存在，在hashmap里，設(shè)置一個(gè)屬性為線程id，值為1，再把map的過(guò)期時(shí)間設(shè)置為internalLockLeaseTime，這個(gè)值默認(rèn)是30秒，
上面的操作對(duì)應(yīng)的命令是：
hset keyname id:thread 1 pexpire keyname 30
然后返回nil，相當(dāng)于null，那程序return了。
另外，Redisson還支持重入鎖，那第二個(gè)if就是執(zhí)行重入鎖的操作，會(huì)判斷鎖是否存在，并且傳入的線程id是否是當(dāng)前線程的id，若果是，支持重復(fù)加鎖進(jìn)行自增操作；
如果是其他線程調(diào)用lock方法，上面兩個(gè)if判斷不會(huì)走，會(huì)返回鎖剩余過(guò)期時(shí)間。
接著返回到tryAcquireAsync方法里面往下看：
實(shí)際上是加了一個(gè)監(jiān)聽(tīng)器，在監(jiān)聽(tīng)器里面有個(gè)很重要的方法scheduleExpirationRenewal，一看這個(gè)名字就能大概猜出是什么功能，
里面有個(gè)定時(shí)任務(wù)的輪詢，
private void scheduleExpirationRenewal(final long threadId) {
if (expirationRenewalMap.containsKey(getEntryName())) {
return;
}
Timeout task = commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
@Override
public void run(Timeout timeout) throws Exception {
// 判斷傳遞進(jìn)來(lái)的線程id是否是我們之前主線程設(shè)置的id，如果是，則增加續(xù)命，增加30秒。
RFuture<Boolean> future = commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return 1; " +
"end; " +
"return 0;",
Collections.<Object>singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
future.addListener(new FutureListener<Boolean>() {
@Override
public void operationComplete(Future<Boolean> future) throws Exception {
expirationRenewalMap.remove(getEntryName());
if (!future.isSuccess()) {
log.error("Can't update lock " + getName() + " expiration", future.cause());
return;
}
if (future.getNow()) {
// reschedule itself
scheduleExpirationRenewal(threadId);
}
}
});
}
}, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS);
if (expirationRenewalMap.putIfAbsent(getEntryName(), task) != null) {
task.cancel();
}
}
接著推遲10秒鐘（internalLockLeaseTime / 3），再執(zhí)行續(xù)命操作邏輯。
到最后，再回到lockInterruptibly方法，如果ttl 為null，說(shuō)明加鎖成功了，就返回null，那如果其他線程的話，就會(huì)返回剩余過(guò)期時(shí)間，那么就會(huì)進(jìn)入到while死循環(huán)里，一直嘗試加鎖，調(diào)用tryAcquire方法，在瑣失效以后，再會(huì)嘗試獲取加鎖。
到此為止，分析完畢。
總結(jié)
到此這篇關(guān)于Redis分布式鎖的使用和實(shí)現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis分布式鎖的使用和原理內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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