Redis的分布式鎖

Redis的分布式鎖是通過(guò)利用Redis的原子操作和特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在分布式環(huán)境中，多個(gè)應(yīng)用程序或服務(wù)可能同時(shí)訪問(wèn)共享資源，為了保證數(shù)據(jù)的一致性和避免沖突，可以使用分布式鎖來(lái)進(jìn)行同步控制。

以下是一種常見(jiàn)的使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的方式：

• 獲取鎖：當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序需要獲取鎖時(shí)，它可以通過(guò)執(zhí)行以下操作在Redis中設(shè)置一個(gè)特定的鍵值對(duì)：

SET lock_key unique_value NX PX lock_timeout

這里的lock_key是鎖的唯一標(biāo)識(shí)，unique_value是唯一的值，可以是隨機(jī)生成的UUID，NX表示只有當(dāng)鍵不存在時(shí)才會(huì)設(shè)置成功，PX表示設(shè)置鍵的過(guò)期時(shí)間。通過(guò)設(shè)置過(guò)期時(shí)間，即使獲取鎖的應(yīng)用程序崩潰或異常退出，鎖也會(huì)在一段時(shí)間后自動(dòng)釋放，避免出現(xiàn)死鎖。

• 釋放鎖：當(dāng)應(yīng)用程序完成對(duì)共享資源的操作后，它可以通過(guò)執(zhí)行以下操作釋放鎖：

if GET lock_key == unique_value then
    DELETE lock_key
end

應(yīng)用程序首先獲取鎖的當(dāng)前值，然后比較是否與自己持有的唯一值相等，如果相等則刪除該鍵，表示釋放鎖。這樣可以確保只有持有鎖的應(yīng)用程序才能釋放鎖，避免誤釋放其他應(yīng)用程序的鎖。

需要注意的是，分布式鎖并不是絕對(duì)安全和可靠的。在高并發(fā)的環(huán)境中，可能存在競(jìng)爭(zhēng)條件和死鎖等問(wèn)題。因此，在實(shí)際使用中，需要考慮更復(fù)雜的場(chǎng)景和解決方案。

誤刪問(wèn)題

遇到下面的情況的話，會(huì)出現(xiàn)Redis分布式鎖的誤刪問(wèn)題

這種情況下。線程1首先獲取鎖，但是發(fā)生了阻塞，于是線程2拿到了執(zhí)行權(quán)，在線程2執(zhí)行的過(guò)程中，線程1蘇醒了，繼續(xù)執(zhí)行，到后面，線程1執(zhí)行到了刪除鎖的操作，此時(shí)就會(huì)把本應(yīng)該屬于線程2的鎖刪除，這樣子就造成了誤刪問(wèn)題

解決方法

就是在每個(gè)線程釋放鎖的時(shí)候，去判斷一下當(dāng)前這把鎖是否屬于自己，如果屬于自己，則不進(jìn)行鎖的刪除，假設(shè)還是上邊的情況，線程1卡頓，鎖自動(dòng)釋放，線程2進(jìn)入到鎖的內(nèi)部執(zhí)行邏輯，此時(shí)線程1反應(yīng)過(guò)來(lái)，然后刪除鎖，但是線程1，一看當(dāng)前這把鎖不是屬于自己，于是不進(jìn)行刪除鎖邏輯，當(dāng)線程2走到刪除鎖邏輯時(shí)，如果沒(méi)有卡過(guò)自動(dòng)釋放鎖的時(shí)間點(diǎn)，則判斷當(dāng)前這把鎖是屬于自己的，于是刪除這把鎖。

代碼實(shí)現(xiàn)

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    //使用uuid，在獲取鎖的時(shí)候存入線程標(biāo)識(shí)
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";


    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        // 獲取線程標(biāo)示
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 獲取鎖
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);

        //這里不能是return success；否則  因?yàn)閜ublic后面的boolean是基本類型，而B(niǎo)oolean是引用類型，如果直接返回success，是一個(gè)自動(dòng)拆箱的過(guò)程，可能回發(fā)生空指針異常
    }

   	@Override
    public void unlock() {
        // 獲取線程標(biāo)示
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 獲取鎖中的標(biāo)示
        String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
        // 判斷標(biāo)示是否一致
        if(threadId.equals(id)) {
            // 釋放鎖
            stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
        }
    }
}

原子性問(wèn)題

上面我們解決了誤刪問(wèn)題
在誤刪問(wèn)題的情況下，遇到下面的情況的話，會(huì)出現(xiàn)Redis分布式鎖的原子性問(wèn)題

這種情況下，線程1先執(zhí)行一段，線程1先判斷鎖標(biāo)識(shí)，判斷成功，標(biāo)識(shí)是屬于線程1的，后面就在線程1正準(zhǔn)備刪除鎖釋放的過(guò)程中，突然線程1的鎖過(guò)期了，線程1發(fā)生阻塞
這個(gè)時(shí)候線程2開(kāi)始執(zhí)行，在線程2執(zhí)行過(guò)程中，線程1阻塞結(jié)束了，會(huì)執(zhí)行刪除鎖的操作，相當(dāng)于判斷鎖標(biāo)識(shí)并沒(méi)有起到作用（因?yàn)橹耙痪渑袛噙^(guò)了），于是就把線程2的鎖給刪除掉了，又一次發(fā)生了誤刪操作
這個(gè)時(shí)候線程3趁虛而入，執(zhí)行業(yè)務(wù)
這就是刪鎖時(shí)的原子性問(wèn)題，之所以有這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)榕袛噫i標(biāo)識(shí)和刪除鎖是2個(gè)動(dòng)作，這2個(gè)動(dòng)作中間產(chǎn)生了阻塞
那么我們就要讓這2個(gè)操作一起執(zhí)行，中間不能出現(xiàn)間隔

Lua腳本

Redis提供了Lua腳本功能，在一個(gè)腳本中編寫(xiě)多條Redis命令，確保多條命令執(zhí)行時(shí)的原子性。Lua是一種編程語(yǔ)言，它的基本語(yǔ)法大家可以參考網(wǎng)站：https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html，這里重點(diǎn)介紹Redis提供的調(diào)用函數(shù)，我們可以使用lua去操作redis，又能保證他的原子性，這樣就可以實(shí)現(xiàn)拿鎖比鎖刪鎖是一個(gè)原子性動(dòng)作了，作為Java程序員這一塊并不作一個(gè)簡(jiǎn)單要求，并不需要大家過(guò)于精通，只需要知道他有什么作用即可。

這里重點(diǎn)介紹Redis提供的調(diào)用函數(shù)，語(yǔ)法如下：

redis.call('命令名稱', 'key', '其它參數(shù)', ...)

例如，我們要執(zhí)行set name jack，則腳本是這樣：

# 執(zhí)行 set name jack
redis.call('set', 'name', 'jack')

例如，我們要先執(zhí)行set name Rose，再執(zhí)行g(shù)et name，則腳本如下：

# 先執(zhí)行 set name jack
redis.call('set', 'name', 'Rose')
# 再執(zhí)行 get name
local name = redis.call('get', 'name')
# 返回
return name

寫(xiě)好腳本以后，需要用Redis命令來(lái)調(diào)用腳本，調(diào)用腳本的常見(jiàn)命令如下：

例如，我們要執(zhí)行 redis.call(‘set’, ‘name’, ‘jack’) 這個(gè)腳本，語(yǔ)法如下：

如果腳本中的key、value不想寫(xiě)死，可以作為參數(shù)傳遞。key類型參數(shù)會(huì)放入KEYS數(shù)組，其它參數(shù)會(huì)放入ARGV數(shù)組，在腳本中可以從KEYS和ARGV數(shù)組獲取這些參數(shù)：

利用Java代碼調(diào)用Lua腳本改造分布式鎖

接下來(lái)我們來(lái)回一下我們釋放鎖的邏輯：

釋放鎖的業(yè)務(wù)流程是這樣的

1、獲取鎖中的線程標(biāo)示

? 2、判斷是否與指定的標(biāo)示（當(dāng)前線程標(biāo)示）一致

? 3、如果一致則釋放鎖（刪除）

? 4、如果不一致則什么都不做

如果用Lua腳本來(lái)表示則是這樣的：

最終我們操作redis的拿鎖比鎖刪鎖的lua腳本就會(huì)變成這樣

-- 這里的 KEYS[1] 就是鎖的key，這里的ARGV[1] 就是當(dāng)前線程標(biāo)示
-- 獲取鎖中的標(biāo)示，判斷是否與當(dāng)前線程標(biāo)示一致
if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
  -- 一致，則刪除鎖
  return redis.call('DEL', KEYS[1])
end
-- 不一致，則直接返回
return 0

lua腳本本身并不需要大家花費(fèi)太多時(shí)間去研究，只需要知道如何調(diào)用，大致是什么意思即可，所以在筆記中并不會(huì)詳細(xì)的去解釋這些lua表達(dá)式的含義。

我們的RedisTemplate中，可以利用execute方法去執(zhí)行l(wèi)ua腳本，參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系就如下圖

代碼實(shí)現(xiàn)

我們先寫(xiě)入lua這個(gè)腳本

-- 比較線程標(biāo)示與鎖中的標(biāo)示是否一致
if(redis.call('get', KEYS[1]) ==  ARGV[1]) then
    -- 釋放鎖 del key
    return redis.call('del', KEYS[1])
end
return 0

然后我們來(lái)調(diào)用這個(gè)腳本

下面是完整代碼

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
    private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
    static {
        UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
        UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
        UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        // 獲取線程標(biāo)示
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 獲取鎖
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);

        //這里不能是return success；否則  因?yàn)閜ublic后面的boolean是基本類型，而B(niǎo)oolean是引用類型，如果直接返回success，是一個(gè)自動(dòng)拆箱的過(guò)程，可能回發(fā)生空指針異常
    }

    @Override
    public void unlock() {
        // 調(diào)用lua腳本
        stringRedisTemplate.execute(
                UNLOCK_SCRIPT,
                Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
                ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
    }
}

在技術(shù)的道路上，我們不斷探索、不斷前行，不斷面對(duì)挑戰(zhàn)、不斷突破自我?？萍嫉陌l(fā)展改變著世界，而我們作為技術(shù)人員，也在這個(gè)過(guò)程中書(shū)寫(xiě)著自己的篇章。讓我們攜手并進(jìn)，共同努力，開(kāi)創(chuàng)美好的未來(lái)！愿我們?cè)诳萍嫉恼魍旧喜粩鄪^進(jìn)，創(chuàng)造出更加美好、更加智能的明天！

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