分布式锁与实现——基于Redis实现

Posted 2021-05-01 武林是大腿

概述

目前几乎很多大型网站及应用都是分布式部署的，分布式场景中的数据一致性问题一直是一个比较重要的话题。分布式的CAP理论告诉我们“任何一个分布式系统都无法同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance），最多只能同时满足两项。”所以，很多系统在设计之初就要对这三者做出取舍。在互联网领域的绝大多数的场景中，都需要牺牲强一致性来换取系统的高可用性，系统往往只需要保证“最终一致性”，只要这个最终时间是在用户可以接受的范围内即可。

在很多场景中，我们为了保证数据的最终一致性，需要很多的技术方案来支持，比如分布式事务、分布式锁等。

选用Redis实现分布式锁原因

Redis有很高的性能

Redis命令对此支持较好，实现起来比较方便

在此就不介绍Redis的安装了，具体在Linux和Windows中的安装可以查看我前面的博客。
http://www.cnblogs.com/liuyang0/p/6504826.html

使用命令介绍

SETNX

SETNX key val
当且仅当key不存在时，set一个key为val的字符串，返回1；若key存在，则什么都不做，返回0。

expire

expire key timeout
为key设置一个超时时间，单位为second，超过这个时间锁会自动释放，避免死锁。

delete

delete key
删除key

在使用Redis实现分布式锁的时候，主要就会使用到这三个命令。

实现

使用的是jedis来连接Redis。

实现思想

    获取锁的时候，使用setnx加锁，并使用expire命令为锁添加一个超时时间，超过该时间则自动释放锁，锁的value值为一个随机生成的UUID，通过此在释放锁的时候进行判断。

    获取锁的时候还设置一个获取的超时时间，若超过这个时间则放弃获取锁。释放锁的时候，通过UUID判断是不是该锁，若是该锁，则执行delete进行锁释放。

分布式锁的核心代码如下：

 1import java.util.List;import java.util.UUID;
 2/** * Created by liuyang on 2017/4/20. */public class DistributedLock {
 3    private final JedisPool jedisPool;
 4    public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
 5        this.jedisPool = jedisPool;
 6    }
 7    /**     * 加锁     * @param locaName  锁的key     * @param acquireTimeout  获取超时时间     * @param timeout   锁的超时时间     * @return 锁标识     */
 8    public String lockWithTimeout(String locaName,
 9                                  long acquireTimeout, long timeout) {
10        Jedis conn = null;
11        String retIdentifier = null;
12        try {
13            // 获取连接
14            conn = jedisPool.getResource();
15            // 随机生成一个value
16            String identifier = UUID.randomUUID().toString();
17            // 锁名，即key值
18            String lockKey = "lock:" + locaName;
19            // 超时时间，上锁后超过此时间则自动释放锁
20            int lockExpire = (int)(timeout / 1000);
21            // 获取锁的超时时间，超过这个时间则放弃获取锁
22            long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
23            while (System.currentTimeMillis() < end) {
24                if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
25                    conn.expire(lockKey, lockExpire);
26                    // 返回value值，用于释放锁时间确认
27                    retIdentifier = identifier;
28                    return retIdentifier;
29                }
30                // 返回-1代表key没有设置超时时间，为key设置一个超时时间
31                if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
32                    conn.expire(lockKey, lockExpire);
33                }
34                try {
35                    Thread.sleep(10);
36                } catch (InterruptedException e) {
37                    Thread.currentThread().interrupt();
38                }
39            }
40        } catch (JedisException e) {
41            e.printStackTrace();
42        } finally {
43            if (conn != null) {
44                conn.close();
45            }
46        }
47        return retIdentifier;
48    }
49    /**     * 释放锁     * @param lockName 锁的key     * @param identifier    释放锁的标识     * @return     */
50    public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
51        Jedis conn = null;
52        String lockKey = "lock:" + lockName;
53        boolean retFlag = false;
54        try {
55            conn = jedisPool.getResource();
56            while (true) {
57                // 监视lock，准备开始事务
58                conn.watch(lockKey);
59                // 通过前面返回的value值判断是不是该锁，若是该锁，则删除，释放锁
60                if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
61                    Transaction transaction = conn.multi();
62                    transaction.del(lockKey);
63                    List<Object> results = transaction.exec();
64                    if (results == null) {
65                        continue;
66                    }
67                    retFlag = true;
68                }
69                conn.unwatch();
70                break;
71            }
72        } catch (JedisException e) {
73            e.printStackTrace();
74        } finally {
75            if (conn != null) {
76                conn.close();
77            }
78        }
79        return retFlag;
80    }
81}

测试

下面就用一个简单的例子测试刚才实现的分布式锁。
例子中使用50个线程模拟秒杀一个商品，使用--运算符来实现商品减少，从结果有序性就可以看出是否为加锁状态。

模拟秒杀服务，在其中配置了jedis线程池，在初始化的时候传给分布式锁，供其使用。

 1import redis.clients.jedis.JedisPool;import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;/** * Created by liuyang on 2017/4/20. */public class Service {    private static JedisPool pool = null;    static {
 2        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();        // 设置最大连接数
 3        config.setMaxTotal(200);        // 设置最大空闲数
 4        config.setMaxIdle(8);        // 设置最大等待时间
 5        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);        // 在borrow一个jedis实例时，是否需要验证，若为true，则所有jedis实例均是可用的
 6        config.setTestOnBorrow(true);
 7        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
 8    }
 9    DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);    int n = 500;    public void seckill() {        // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
10        String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
11        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
12        System.out.println(--n);
13        lock.releaseLock("resource", indentifier);
14    }
15}

 模拟线程进行秒杀服务

 1public class ThreadA extends Thread {    private Service service;    public ThreadA(Service service) {        this.service = service;
 2    }    @Override
 3    public void run() {
 4        service.seckill();
 5    }
 6}public class Test {    public static void main(String[] args) {
 7        Service service = new Service();        for (int i = 0; i < 50; i++) {
 8            ThreadA threadA = new ThreadA(service);
 9            threadA.start();
10        }
11    }
12}

结果如下，结果为有序的

若注释掉使用锁的部分

1public void seckill() {    // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
2    //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
3    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
4    System.out.println(--n);    //lock.releaseLock("resource", indentifier);}

从结果可以看出，有一些是异步进行的

在分布式环境中，对资源进行上锁有时候是很重要的，比如抢购某一资源，这时候使用分布式锁就可以很好地控制资源。
当然，在具体使用中，还需要考虑很多因素，比如超时时间的选取，获取锁时间的选取对并发量都有很大的影响，上述实现的分布式锁也只是一种简单的实现，主要是一种思想。

下一次我会使用zookeeper实现分布式锁，使用zookeeper的可靠性是要大于使用redis实现的分布式锁的，但是相比而言，redis的性能更好。