Redis实现并发阻塞锁方案

Posted 2022-04-29 程序员田同学

由于用户同时访问线上的下订单接口，导致在扣减库存时出现了异常，这是一个很典型的并发问题，本篇文章为解决并发问题而生，采用的技术为Redis锁机制+多线程的阻塞唤醒方法。

在实现Redis锁机制之前，我们需要了解一下前置知识。

一、前置知识

1、多线程

将wait()、notifyAll()归为到多线程的方法中略有一些不恰当，这两个方法是Object中的方法。

① 当调用了wait()方法后，让当前线程进入等待状态，并且让当前线程释放对象锁，等待既为阻塞状态，等待notifyAll()方法的唤醒。

wait()方法和sleep()方法有一些相似之处，都是使当前线程阻塞，但他们实际是有一些区别的。

1. 执行wait() 方法之前需要请求锁，wait()方法执行的时候会释放锁，等待被唤醒的时候竞争锁。
2. sleep()只是让当前线程休眠一段时间，无视锁的存在。
3. wait() 是Object类的方法 sleep()是Thread的静态方法

② notifyAll()方法为唤醒wait()中的线程。

notifyAll() 和 notify() 方法都是可以唤醒调用了wait()方法，而陷入阻塞的线程。

但是notify()是随机唤醒这个阻塞队列中随机的一个线程，而notifyAll()是唤醒所用的调用了wait()方法而陷入阻塞的线程，让他们自己去抢占对象锁。

notifyAll() 和 notify() 也都是必须在加锁的同步代码块中被调用，它们起的是唤醒的作用，不是释放锁的作用，只用在当前同步代码块中的程序执行完，也就是对象锁自然释放了，notifyAll() 和 notify()方法才会起作用，去唤醒线程。

wait()方法一般是和notify() 或者 notifyAll() 方法一起连用的。

以上为掌握本篇博客必备的多线程知识，如果系统学习多线程的相关知识可查阅博客 程序员田同学

2、Redis

加锁的过程本质上就是往Redis中set值，当别的进程也来set值时候，发现里面已经有值了，就只能放弃获取稍后再试。

Redis提供了一个天然实现锁机制的方法。

在Redis客户端的命令为 setnx(set if not exists) 

在集成Springboot中采用的方法为：

redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value);

如果里面set值成功会返回True，如果里面已经存在值就会返回False。

在我们实际使用的时候，setIfAbsent()方法并不是总是返回True和False。

如果我们的业务中加了事务，该方法会返回null，不知道这是一个bug还是什么，这是Redis的一个巨坑，浪费了很长时间才发现了这个问题，如果解决此问题可以跳转到第四章。

二、实现原理

分布式锁本质上要实现的目标就是在 Redis 里面占一个位置，当别的进程也要来占时，发现已经有人占在那里了，就只好放弃或者稍后再试。占位一般是使用 setnx(set if not exists) 指令，只允许被一个客户端占位。先来先占， 事办完了，再调用 del 指令释放茅坑。

其中，发现Redis中已经有值了，当前线程是直接放弃还是稍后再试分别就代表着，非阻塞锁和阻塞锁。

在我们的业务场景中肯定是要稍后再试（阻塞锁），如果是直接放弃（非阻塞锁）在数据库层面就可以直接做，就不需要我们在代码大费周章了。

非阻塞锁只能保存数据的正确性，在高并发的情况下会抛出大量的异常，当一百个并发请求到来时，只有一个请求成功，其他均会抛出异常。

Redis非阻塞锁和 mysql的乐观锁，最终达到的效果是一样的，乐观锁是采用CAS的思想。

乐观锁方法：表字段 加一个版本号，或者别的字段也可以！加版本号，可以知道控制顺序而已！在update 的时候可以where后面加上version= oldVersion。数据库，在任何并发的情况下，update 成功就是 1 失败就是 0 .可以根据返回的 1 ，0 做相应的处理！

我们更推荐大家使用阻塞锁的方式。

当获取不到锁时候，我们让当前线程使用wait()方法唤醒，当持有锁的线程使用完成后，调用notifyAll()唤醒所有等待的方法。

三、具体实现

以下代码为阻塞锁的实现方式。

业务层：

    public String test() throws InterruptedException 

        lock("lockKey");
        System.out.println("11");
        System.out.println("22");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***********");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("33");
        System.out.println("44");
        System.out.println("55");
        unlock("lockKey");
        return "String";
    

锁的工具类:

主要是加锁和解锁的两个方法。

 //每一个redis的key对应一个阻塞对象
    private static HashMap<String, Object> blockers = new HashMap<>();

    //当前获得锁的线程
    private static Thread curThread;

    public static RedisTemplate redisTemplate = (RedisTemplate) SpringUtils.getBean("redisTemplate") ;

    /**
     * 加锁
     * @param key
     * @throws InterruptedException
     */

    public static void lock(String key) 
        //循环判断是否能够创建key， 不能则直接wait释放CPU执行权

        //放不进指说明锁正在被占用
        System.out.println(key+"**");

        while (!RedisUtil.setLock(key,"1",3))

            synchronized (key) 

                blockers.put(key, key);
                //wait释放CPU执行权
                try 
                    key.wait();
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
            
        
        blockers.put(key, key);
        //能够成功创建，获取锁成功记录当前获取锁线程
        curThread = Thread.currentThread();
    

    /**
     * 解锁
     * @param key
     */
    public static void unlock(String key) 
        //判断是否为加锁的线程执行解锁， 不是则直接忽略
        if( curThread == Thread.currentThread()) 
            RedisUtil.delete(key);
            //删除key之后需要notifyAll所有的应用， 所以这里采用发订阅消息给所有的应用
          //  RedisUtil.publish("lock", key);

            //notifllall其他线程
            Object lock = blockers.get(key);
            if(lock != null) 
                synchronized (lock) 
                    lock.notifyAll();
                
            

        
    

当我们在不加锁时候，使用接口测试工具测试时，12345并不能都是顺序执行的，会造成输出顺序不一致，如果是在我们的实际场景中，这是输入换成了数据库的select和update，数据出现错乱也是很正常的情况了。

当我们加上锁以后，12345都是顺序输出，并发问题顺利解决了。

四、附录

1、Redis存在的bug

本来lock()方法是直接调用 "Redis.setIfAbsent()" 方法，但是在使用时候一直报空指针异常，最终定位问题为Redis.setIfAbsent()方法存在问题。

在我的实际业务中，下订单的方法使用了@Transflastion增加了事务，导致该方法返回null，我们手写一个实现setIfAbsent()的作用。

 /**
     * 只有key不存在时,才设置值, 返回true, 否则返回false
     *
     * @param key     key 不能为null
     * @param value   value 不能为null
     * @param timeout 过期时长, 单位为妙
     * @return
     */
    public static Boolean setLock(String key,String value, long timeout) 

        SessionCallback<Boolean> sessionCallback = new SessionCallback<Boolean>() 
            List<Object> exec = null;
            @Override
            @SuppressWarnings("unchecked")
            public Boolean execute(RedisOperations operations) throws DataAccessException 
                operations.multi();

                redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value);
                redisTemplate.expire(key,timeout, TimeUnit.SECONDS);

                exec = operations.exec();

                if(exec.size() > 0) 
                    return (Boolean) exec.get(0);
                
                return false;
            
        ;
        return (Boolean) redisTemplate.execute(sessionCallback);
    

方便对比，以下贴上原本的setIfAbsent()方法。

 /**
   * 只有key不存在时,才设置值, 返回true, 否则返回false [警告：事务或者管道情况下会报错-可使用 setLock方法]
   *
   * @param key     key 不能为null
   * @param value   value 不能为null
   * @param timeout 过期时长, 单位为妙
   * @return
   */
  @Deprecated
  public static <T> Boolean setIfAbsent(String key, T value, long timeout) 

     // redisTemplate.multi();
      ValueOperations<String, T> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();
      Boolean aBoolean = valueOperations.setIfAbsent(key, value, timeout, TimeUnit.SECONDS);
     // redisTemplate.exec();
    return aBoolean;
  

2、MySQL的锁机制

在并发场景下MySQL会报错，报错信息如下：

### Cause: com.mysql.cj.jdbc.exceptions.MySQLTransactionRollbackException: Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
; SQL []; Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction; nested exception is com.mysql.cj.jdbc.exceptions.MySQLTransactionRollbackException: Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

问题出现的原因是，某一种表频繁被锁表，导致另外一个事务超时，出现问题的原因是MySQL的机制。

MySQL更新时如果where字段存在索引会使用行锁，否则会使用表锁。

我们使用navichat在where字段上加上索引，问题顺利的迎刃而解。