Redis数据库（十三）——分布式锁

Posted 2021-08-18 鬼谷仙生

分布式锁

分布式锁简介

随着业务发展的需要，原单体单机部署的系统被演化成分布式集群系统后，由于分布式系统多线程、多进程并且分布在不同机器上，这将使原单机部署情况下的并发控制锁策略失效，单纯的Java API并不能提供分布式锁的能力。为了解决这个问题就需要一种跨JVM的互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁要解决的问题！

分布式锁主流的实现方案：

1. 基于数据库实现分布式锁
2. 基于缓存（Redis等）
3. 基于Zookeeper

每一种分布式锁解决方案都有各自的优缺点：

1. 性能：redis最高
2. 可靠性：zookeeper最高

使用redis实现分布式锁

1、使用setnx上锁，通过del释放锁
2、锁一直没有释放，设置key过期时间，自动释放
3、上锁之后突然异常，无法设置过期时间
4、上锁的时候同时设置过期时间就可以了

redis:命令
set sku:1:info “OK” NX PX 10000

EX second ：设置键的过期时间为 second 秒。 SET key value EX second 效果等同于 SETEX key second value 。

PX millisecond ：设置键的过期时间为 millisecond 毫秒。 SET key value PX millisecond 效果等同于 PSETEX key millisecond value 。

NX ：只在键不存在时，才对键进行设置操作。 SET key value NX 效果等同于 SETNX key value 。

XX ：只在键已经存在时，才对键进行设置操作。

1. 多个客户端同时获取锁（setnx）
2. 获取成功，执行业务逻辑{从db获取数据，放入缓存}，执行完成释放锁（del）
3. 其他客户端等待重试

编写代码实现分布式锁

一、导入相关依赖

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>
        <!--redis-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>
        <!--springboot集成redis所需的commnos-pool2依赖-->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.commons</groupId>
            <artifactId>commons-pool2</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>redis.clients</groupId>
            <artifactId>jedis</artifactId>
            <version>3.6.0</version>
        </dependency>
    </dependencies>

二、编写application.properties配置文件

# 应用名称
spring.application.name=redis_springboot
#Redis服务器地址
spring.redis.host=192.168.137.4
#Redis服务器连接端口
spring.redis.port=6379
#Redis数据库索引（默认为0）
spring.redis.database= 0
#连接超时时间（毫秒）
spring.redis.timeout=1800000
#连接池最大连接数（使用负值表示没有限制）
spring.redis.lettuce.pool.max-active=20
#最大阻塞等待时间(负数表示没限制)
spring.redis.lettuce.pool.max-wait=-1
#连接池中的最大空闲连接
spring.redis.lettuce.pool.max-idle=5
#连接池中的最小空闲连接
spring.redis.lettuce.pool.min-idle=0

三、编写controller层

package com.kuang.redis_springboot.controller;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.util.StringUtils;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/redisTest")
public class RedisTestController {
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;


    @GetMapping("testLock")
    public void testLock(){
        //1获取锁，setne
        Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "111");
        //2获取锁成功、查询num的值
        if(lock){
            Object value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
            //2.1判断num为空return
            if(StringUtils.isEmpty(value)){
                return;
            }
            //2.2有值就转成成int
            int num = Integer.parseInt(value+"");
            //2.3把redis的num加1
            redisTemplate.opsForValue().set("num", ++num);
            //2.4释放锁，del
            redisTemplate.delete("lock");

        }else{
            //3获取锁失败、每隔0.1秒再获取
            try {
                Thread.sleep(100);
                testLock();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    @GetMapping
    public String testRedis(){
        //opsForValue 操作字符串
        //opsForList 操作list
        //opsForSet  操作set
        //opsForHash 操作hash
        //除了基本的操作，我们常用的方法都可以直接通过redisTemplate操作，比如事务和基本的CRUD
        redisTemplate.opsForValue().set("name","lucy");
        String name = (String) redisTemplate.opsForValue().get("name");
        return name;
    }
}

四、启动springboot，重启，服务集群，通过网关压力测试：

ab -n 1000 -c 100 http://192.168.137.1:8080/redisTest/testLock #自己windows主机ip

查看redis中num的值：

基本实现。
问题：setnx刚好获取到锁，业务逻辑出现异常，导致锁无法释放
解决：设置过期时间，自动释放锁。

设置锁的过期时间

设置过期时间有两种方式：

1. 首先想到通过expire设置过期时间（缺乏原子性：如果在setnx和expire之间出现异常，锁也无法释放）
2. 在set时指定过期时间（推荐）
   

设置过期时间：

压力测试肯定也没有问题。自行测试
问题：可能会释放其他服务器的锁。

场景：如果业务逻辑的执行时间是7s。执行流程如下

1. index1业务逻辑没执行完，3秒后锁被自动释放。
2. index2获取到锁，执行业务逻辑，3秒后锁被自动释放。
3. index3获取到锁，执行业务逻辑
4. index1业务逻辑执行完成，开始调用del释放锁，这时释放的是index3的锁，导致index3的业务只执行1s就被别人释放。
   最终等于没锁的情况。

解决：setnx获取锁时，设置一个指定的唯一值（例如：uuid）；释放前获取这个值，判断是否自己的锁

UUID防误删

问题：删除操作缺乏原子性。
场景：

1. index1执行删除时，查询到的lock值确实和uuid相等
   uuid=v1
   set(lock,uuid)；
   

2. index1执行删除前，lock刚好过期时间已到，被redis自动释放
   在redis中没有了lock，没有了锁。
   

3. index2获取了lock
   index2线程获取到了cpu的资源，开始执行方法
   uuid=v2
   set(lock,uuid)；

4. index1执行删除，此时会把index2的lock删除
   index1 因为已经在方法中了，所以不需要重新上锁。index1有执行的权限。index1已经比较完成了，这个时候，开始执行
   
   删除的index2的锁！

LUA脚本保证删除的原子性

@GetMapping("testLockLua")
public void testLockLua() {
    //1 声明一个uuid ,将做为一个value 放入我们的key所对应的值中
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    //2 定义一个锁：lua 脚本可以使用同一把锁，来实现删除！
    String skuId = "25"; // 访问skuId 为25号的商品 100008348542
    String locKey = "lock:" + skuId; // 锁住的是每个商品的数据

    // 3 获取锁
    Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(locKey, uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);

    // 第一种： lock 与过期时间中间不写任何的代码。
    // redisTemplate.expire("lock",10, TimeUnit.SECONDS);//设置过期时间
    // 如果true
    if (lock) {
        // 执行的业务逻辑开始
        // 获取缓存中的num 数据
        Object value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
        // 如果是空直接返回
        if (StringUtils.isEmpty(value)) {
            return;
        }
        // 不是空 如果说在这出现了异常！ 那么delete 就删除失败！ 也就是说锁永远存在！
        int num = Integer.parseInt(value + "");
        // 使num 每次+1 放入缓存
        redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));
        /*使用lua脚本来锁*/
        // 定义lua 脚本
        String script = "if redis.call(\'get\', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call(\'del\', KEYS[1]) else return 0 end";
        // 使用redis执行lua执行
        DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
        redisScript.setScriptText(script);
        // 设置一下返回值类型 为Long
        // 因为删除判断的时候，返回的0,给其封装为数据类型。如果不封装那么默认返回String 类型，
        // 那么返回字符串与0 会有发生错误。
        redisScript.setResultType(Long.class);
        // 第一个要是script 脚本 ，第二个需要判断的key，第三个就是key所对应的值。
        redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(locKey), uuid);
    } else {
        // 其他线程等待
        try {
            // 睡眠
            Thread.sleep(1000);
            // 睡醒了之后，调用方法。
            testLockLua();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Lua 脚本详解：

项目中正确使用：

1. 定义key，key应该是为每个sku定义的，也就是每个sku有一把锁。

String locKey ="lock:"+skuId; // 锁住的是每个商品的数据
Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(locKey, uuid,3,TimeUnit.SECONDS);