PHP实现Redis单据锁，防止并发重复写入

Posted 2023-02-23 leeon_l

一、写在前面：
在整个供应链系统中，会有很多种单据（采购单、入库单、到货单、运单等等），在涉及写单据数据的接口时（增删改操作），即使前端做了相关限制，还是有可能因为网络或异常操作产生并发重复调用的情况，导致对相同单据做相同的处理；

为了防止这种情况对系统造成异常影响，我们通过Redis实现了一个简单的单据锁，每个请求需先获取锁才能执行业务逻辑，执行结束后才会释放锁；保证了同一单据的并发重复操作请求只有一个请求可以获取到锁（依赖Redis的单线程），是一种悲观锁的设计；

注：Redis锁在我们的系统中一般只用于解决并发重复请求的情况，对于非并发的的重复请求一般会去数据库或日志校验数据的状态，两种机制结合起来才能保证整个链路的可靠。

二、加锁机制：
主要依赖Redis setnx指令实现：

但使用setnx有一个问题，即setnx指令不支持设置过期时间，需要使用expire指令另行为key设置超时时间，这样整个加锁操作就不是一个原子性操作，有可能存在setnx加锁成功，但因程序异常退出导致未成功设置超时时间，在不及时解锁的情况下，有可能会导致死锁（即使业务场景中不会出现死锁，无用的key一直常驻内存也不是很好的设计）；

这种情况可以使用Redis事务解决，把setnx与expire两条指令作为一个原子性操作执行，但这样做相对而言会比较麻烦，好在Redis 2.6.12之后版本，Redis set指令支持了nx、ex模式，并支持原子化地设置过期时间：

三、加锁实现（完整测试代码会贴在最后）：

  /**
     * 加单据锁
     * @param int $intOrderId 单据ID
     * @param int $intExpireTime 锁过期时间（秒）
     * @return bool|int 加锁成功返回唯一锁ID，加锁失败返回false
     */
    public static function addLock($intOrderId, $intExpireTime = self::REDIS_LOCK_DEFAULT_EXPIRE_TIME)
    
        //参数校验
        if (empty($intOrderId) || $intExpireTime <= 0) 
            return false;
        

        //获取Redis连接
        $objRedisConn = self::getRedisConn();

        //生成唯一锁ID，解锁需持有此ID
        $intUniqueLockId =  self::generateUniqueLockId();

        //根据模板，结合单据ID，生成唯一Redis key（一般来说，单据ID在业务中系统中唯一的）
        $strKey = sprintf(self::REDIS_LOCK_KEY_TEMPLATE, $intOrderId);

        //加锁（通过Redis setnx指令实现，从Redis 2.6.12开始，通过set指令可选参数也可以实现setnx，同时可原子化地设置超时时间）
        $bolRes = $objRedisConn->set($strKey, $intUniqueLockId, ['nx', 'ex'=>$intExpireTime]);

        //加锁成功返回锁ID，加锁失败返回false
        return $bolRes ? $intUniqueLockId : $bolRes;
    

四、解锁机制：
解锁即比对加锁时的唯一lock id，如果比对成功，则删除key；需要注意的是，解锁整个过程中同样需要保证原子性，这里依赖redis的watch与事务实现；

WATCH命令可以监控一个或多个键，一旦其中有一个键被修改（或删除），之后的事务就不会执行。监控一直持续到EXEC命令（事务中的命令是在EXEC之后才执行的，所以在MULTI命令后可以修改WATCH监控的键值）
Redis watch与事务可参看简书文章：https://www.jianshu.com/p/361cb9cd13d5

五、解锁实现（完整测试代码会贴在最后）：

/**
     * 解单据锁
     * @param int $intOrderId 单据ID
     * @param int $intLockId 锁唯一ID
     * @return bool
     */
    public static function releaseLock($intOrderId, $intLockId)
    
        //参数校验
        if (empty($intOrderId) || empty($intLockId)) 
            return false;
        

        //获取Redis连接
        $objRedisConn = self::getRedisConn();

        //生成Redis key
        $strKey = sprintf(self::REDIS_LOCK_KEY_TEMPLATE, $intOrderId);

        //监听Redis key防止在【比对lock id】与【解锁事务执行过程中】被修改或删除，提交事务后会自动取消监控，其他情况需手动解除监控
        $objRedisConn->watch($strKey);
        if ($intLockId == $objRedisConn->get($strKey)) 
            $objRedisConn->multi()->del($strKey)->exec();
            return true;
        
        $objRedisConn->unwatch();
        return false;
    

六、附整体测试代码（此代码仅为简易版本）

<?php

/**
 * Class Lock_Service 单据锁服务
 */
class Lock_Service

    /**
     * 单据锁redis key模板
     */
    const REDIS_LOCK_KEY_TEMPLATE = 'order_lock_%s';

    /**
     * 单据锁默认超时时间（秒）
     */
    const REDIS_LOCK_DEFAULT_EXPIRE_TIME = 86400;

    /**
     * 加单据锁
     * @param int $intOrderId 单据ID
     * @param int $intExpireTime 锁过期时间（秒）
     * @return bool|int 加锁成功返回唯一锁ID，加锁失败返回false
     */
    public static function addLock($intOrderId, $intExpireTime = self::REDIS_LOCK_DEFAULT_EXPIRE_TIME)
    
        //参数校验
        if (empty($intOrderId) || $intExpireTime <= 0) 
            return false;
        

        //获取Redis连接
        $objRedisConn = self::getRedisConn();

        //生成唯一锁ID，解锁需持有此ID
        $intUniqueLockId =  self::generateUniqueLockId();

        //根据模板，结合单据ID，生成唯一Redis key（一般来说，单据ID在业务中系统中唯一的）
        $strKey = sprintf(self::REDIS_LOCK_KEY_TEMPLATE, $intOrderId);

        //加锁（通过Redis setnx指令实现，从Redis 2.6.12开始，通过set指令可选参数也可以实现setnx，同时可原子化地设置超时时间）
        $bolRes = $objRedisConn->set($strKey, $intUniqueLockId, ['nx', 'ex'=>$intExpireTime]);

        //加锁成功返回锁ID，加锁失败返回false
        return $bolRes ? $intUniqueLockId : $bolRes;
    

    /**
     * 解单据锁
     * @param int $intOrderId 单据ID
     * @param int $intLockId 锁唯一ID
     * @return bool
     */
    public static function releaseLock($intOrderId, $intLockId)
    
        //参数校验
        if (empty($intOrderId) || empty($intLockId)) 
            return false;
        

        //获取Redis连接
        $objRedisConn = self::getRedisConn();

        //生成Redis key
        $strKey = sprintf(self::REDIS_LOCK_KEY_TEMPLATE, $intOrderId);

        //监听Redis key防止在【比对lock id】与【解锁事务执行过程中】被修改或删除，提交事务后会自动取消监控，其他情况需手动解除监控
        $objRedisConn->watch($strKey);
        if ($intLockId == $objRedisConn->get($strKey)) 
            $objRedisConn->multi()->del($strKey)->exec();
            return true;
        
        $objRedisConn->unwatch();
        return false;
    

    /**
     * Redis配置：IP
     */
    const REDIS_CONFIG_HOST = '127.0.0.1';

    /**
     * Redis配置：端口
     */
    const REDIS_CONFIG_PORT = 6379;

    /**
     * 获取Redis连接（简易版本，可用单例实现）
     * @param string $strIp IP
     * @param int $intPort 端口
     * @return object Redis连接
     */
    public static function getRedisConn($strIp = self::REDIS_CONFIG_HOST, $intPort = self::REDIS_CONFIG_PORT)
    
        $objRedis = new Redis();
        $objRedis->connect($strIp, $intPort);
        return $objRedis;
    

    /**
     * 用于生成唯一的锁ID的redis key
     */
    const REDIS_LOCK_UNIQUE_ID_KEY = 'lock_unique_id';

    /**
     * 生成锁唯一ID（通过Redis incr指令实现简易版本，可结合日期、时间戳、取余、字符串填充、随机数等函数，生成指定位数唯一ID）
     * @return mixed
     */
    public static function generateUniqueLockId()
    
        return self::getRedisConn()->incr(self::REDIS_LOCK_UNIQUE_ID_KEY);
    


//test
$res1 = Lock_Service::addLock('666666');
var_dump($res1);//返回lock id，加锁成功
$res2 = Lock_Service::addLock('666666');
var_dump($res2);//false，加锁失败
$res3 = Lock_Service::releaseLock('666666', $res1);
var_dump($res3);//true，解锁成功
$res4 = Lock_Service::releaseLock('666666', $res1);
var_dump($res4);//false，解锁失败

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