Redis分布式锁

Posted 2022-12-03 tanyunlong_nice

       最近在学习Redis 过程中，了解到redis的可以作为分布式锁的使用，这里学习记录下。

一、背景介绍：

       在很多互联网产品应用中，有些场景需要加锁处理，比如：秒杀，全局递增ID，楼层生成等等。大部分的解决方案是基于DB实现的，Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对redis的连接并不存在竞争关系。其次Redis提供一些命令SETNX，GETSET，可以方便实现分布式锁机制。

二、使用分布式锁需要满足的几个条件

1.系统是一个分布式系统（关键是分布式，单机的可以使用ReentrantLock或者synchonized代码快来实现）

2.共享资源（各个系统访问同一资源，资源的载体可能是传统关系数据库或者NoSQL）

3.同步访问（即有很多歌进程同时访问一个共享资源。没有同步访问，就不会存在竞争关系）

三、实现方式

1、使用setnx命令实现

    redis提供了丰富的可操作命令，首先我们来看下下面几个命令

    (1) setnx 命令 （SET IF NOT EXISTS）：

    语法：
    SETNX key value
    功能：
    当且仅当 key 不存在，将 key 的值设为 value ，并返回1；若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作，并返回0。

    (2) GET命令

    语法：

    GET key

    功能：
    返回 key 所关联的字符串值，如果 key 不存在那么返回特殊值 nil 。

    (3) DEL命令

    DEL key (KEY ..)

    功能：
     删除给定的一个或多个 key ,不存在的 key 会被忽略。

加锁实现

SETNX 可以直接加锁操作，比如说对某个关键词foo加锁，客户端可以尝试
SETNX foo.lock <current unix time>

如果返回1，表示客户端已经获取锁，可以往下操作，操作完成后，通过
DEL foo.lock

命令来释放锁。
如果返回0，说明foo已经被其他客户端上锁，如果锁是非堵塞的，可以选择返回调用。如果是堵塞调用调用，就需要进入以下个重试循环，直至成功获得锁或者重试超时。理想是美好的，现实是残酷的。仅仅使用SETNX加锁带有竞争条件的，在某些特定的情况会造成死锁错误。

 2、使用inrr 命令

INCR key

将 key 中储存的数字值增一。

如果 key 不存在，那么 key 的值会先被初始化为 0 ，然后再执行 INCR 操作。

如果值包含错误的类型，或字符串类型的值不能表示为数字，那么返回一个错误。

四、解决死锁

在上面的处理方式中，如果获取锁的客户端端执行时间过长，进程被kill掉，或者因为其他异常崩溃，导致无法释放锁，就会造成死锁。所以，需要对加锁要做时效性检测。因此，我们在加锁时，把当前时间戳作为value存入此锁中，通过当前时间戳和Redis中的时间戳进行对比，如果超过一定差值，认为锁已经时效，防止锁无限期的锁下去，但是，在大并发情况，如果同时检测锁失效，并简单粗暴的删除死锁，再通过SETNX上锁，可能会导致竞争条件的产生，即多个客户端同时获取锁。

C1获取锁，并崩溃。C2和C3调用SETNX上锁返回0后，获得foo.lock的时间戳，通过比对时间戳，发现锁超时。
C2 向foo.lock发送DEL命令。
C2 向foo.lock发送SETNX获取锁。
C3 向foo.lock发送DEL命令，此时C3发送DEL时，其实DEL掉的是C2的锁。
C3 向foo.lock发送SETNX获取锁。

此时C2和C3都获取了锁，产生竞争条件，如果在更高并发的情况，可能会有更多客户端获取锁。所以，DEL锁的操作，不能直接使用在锁超时的情况下，幸好我们有GETSET方法，假设我们现在有另外一个客户端C4，看看如何使用GETSET方式，避免这种情况产生。

C1获取锁，并崩溃。C2和C3调用SETNX上锁返回0后，调用GET命令获得foo.lock的时间戳T1，通过比对时间戳，发现锁超时。
C4 向foo.lock发送GESET命令，
GETSET foo.lock <current unix time>
并得到foo.lock中老的时间戳T2

五、代码实现

(1) 使用setnx命令实现

public class setnxLockDemo 


    private StopWatch stopWatch = new StopWatch();

    private int tryLockCount = 0;

    private String key;

    private int maxLockSeconds;

    private static final String KEY = "inrr.test";

    private static final String ip = "xxxxxx";

    private static final int port = 6379;

    private static final int timeOut = 2000;

    /**
     * 适用于：
     * 任务处理时长在 百毫秒级 <p>
     * 重试获取锁的间隔在 十毫秒级 <p>
     *
     * @param key
     * @param maxLockSeconds 防止客户端挂掉，无法自己手动释放锁的时候，锁自动失效时间。
     *                    这个值应该设置的大些，让它在客户端正常运行的时都手动释放，而不是远程自动释放。
     */
    public setnxLockDemo(String key, int maxLockSeconds) 
        this.key = key;
        this.maxLockSeconds = maxLockSeconds;
    

    public void lock() 
        if (stopWatch.isStarted()) 
            throw new IllegalStateException("未拿到锁，该方法已被调用");
        
        while (true) 
            if (setnx(key) == 1L) 
                stopWatch.start(); // 本地时间要比远程时间先计
                expire(key, maxLockSeconds);
                return;
             else 
                try 
                    Thread.sleep(RandomUtils.nextInt(15, 50));
                 catch (InterruptedException e) 
                    e.printStackTrace();
                
            
        
    

    /**
     * 如果本地计时器发现一秒内远程会自动释放锁，这个方法就不执行任何操作了
     */
    public void unlock() 
        if (stopWatch.getTime() / 1000L < maxLockSeconds) 
            CodisConnector.del(key);
        
    
    public static long setnx(String key) 
        //此处假设已经拿到配置
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();

        JedisPool pool = new JedisPool(config, ip, port, timeOut);
        Jedis jedis = pool.getResource();
        try 
            return jedis.setnx(key,"1");
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
         finally 
            jedis.close();
        
        return -1L;
    


    public static void expire(String key, int second) 
        //此处假设已经拿到配置
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();

        JedisPool pool = new JedisPool(config, ip, port, timeOut);

        Jedis jedis = pool.getResource();
        try 
            jedis.expire(key, second);
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
         finally 
            jedis.close();
        
    
    public static long del(String key) 
        Jedis jedis = pool.getResource();
        try 
            return jedis.del(key);
         catch (Exception e) 
            logger.error("codis异常:", e);
         finally 
            jedis.close();
        
        return 0;
    


    public static long del(String key) 
        Jedis jedis = pool.getResource();
        try 
            return jedis.del(key);
         catch (Exception e) 
            logger.error("codis异常:", e);
         finally 
            jedis.close();
        
        return 0;
    

(2) 使用inrr命令实现

public class InrrLockDemo 

    private static final String KEY = "inrr.test";

    private static final String ip = "xxxxxx";

    private static final int port = 6379;

    private static final int timeOut = 2000;

    /**
     * incr
     * 根据key查找 判断是否存在 若不存在即设置为0+1 可以拿到锁，其他情况均得不到锁，
     *外部调用可以根据boolean值得判断是否拿到锁
     */
    public static boolean inrrLock() 
        Date now = new Date();
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");
        String date = sdf.format(now);
        String cacheKey = String.format(KEY, date);
        long i = incr(cacheKey);

        //根据场景选择设置锁存在时间
        expire(cacheKey, 3600 * 24);

        return i == 1L;
    

    public static long incr(String key) 
        //此处假设已经拿到配置
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();

        JedisPool pool = new JedisPool(config, ip, port, timeOut);
        Jedis jedis = pool.getResource();
        try 
            return jedis.incr(key);
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
         finally 
            jedis.close();
        
        return -1L;
    


    public static void expire(String key, int second) 
        //此处假设已经拿到配置
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();

        JedisPool pool = new JedisPool(config, ip, port, timeOut);

        Jedis jedis = pool.getResource();
        try 
            jedis.expire(key, second);
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
         finally 
            jedis.close();