分布式锁：二Redis锁

Posted 2021-04-07 灰子学技术

对于分布式锁的实现，除了redis锁之外，还有很多，像zookeeper，memcache，数据库，chubby等。redis锁因为使用简单，所以被大家广泛使用。

本篇文章主要从以下几个方面来讲解redis锁：

1.redis锁使用的时候，有哪些问题2.这些问题会导致什么样子的后果3.应该如何解决这些问题

一、redis锁的实现

加锁命令：

SETNX key value：当键不存在时，对键进行设置操作并返回成功1，否则返回失败0。Key是锁的唯一标识，一般按业务来决定命名；Value 往往用来比较加锁的是哪一个线程或者哪一个消息，一般使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。例如：setnx(key,1)

解锁命令：

DEL key通过删除键值对释放锁，以便其他线程可以通过 SETNX 命令来获取锁。例如：del(key)

锁超时：

EXPIRE key timeout设置 key 的超时时间，以保证即使锁没有被显式释放，锁也可以在一定时间后自动释放，避免资源被永远锁住。例如:expire(key,30),表示30s超时释放锁。

备注：

Redis 2.6.12以上版本为set指令增加了可选参数，伪代码如下：set(key,1,30,NX),它将加锁和超时两个动作合并到了一起，利用原子性封装了起来。

二、redis锁解决的具体场景

场景1: 为什么redis锁需要设置超时？

原因分析：1.redis与业务进程之间通常是使用网络通讯的方式进行数据加锁的，而网络通讯就存在丢包的情况。再加上加锁和解锁是两个操作，这样就会存在锁永远不能释放的问题。2.除此之外业务进程在加锁之后，也可能panic掉，没有办法去释放掉这个锁，导致分布式锁被永远挂住。
基于上面的两个原因:分布式锁就需要一个超时时间来主动释放这个锁，防止分布式锁一直被挂住。

redis分布式锁的解决办法，1.通过加锁和超时两步操作来解决，不过我们最好使用set(key,1,30,NX)这种原子操作。2.使用setnx和expire两个操作的话，因为它们不是原子性操作，也会存在上面1和2的问题，进而导致锁被永远锁住，不过也不是没有办法，我们可以采用lua脚本在redis上面实现的方式来保证它们的原子性。

场景2: 锁超时释放了之后，加锁的业务又过来释放锁怎么办？

具体场景，进程1在超时释放了锁之后，进程2获取到了锁，后来进程1又释放锁，如此以来就有可能导致进程2没有完成就被进程1释放了锁。如下所示：

解决上面问题的关键点，在于我们在释放锁的时候，能够判断出来是不是当前加锁的进程发起的解锁操作。
一般是将进程id作为vlaue放到setnx中，在解锁之前先去判断一把这个锁是不是同一个进程的，是就允许释放，不是就不允许解锁。
备注：这种操作其实是两步操作，判断锁，释放锁，它们并不是一个原子操作，如此以来就存在一步操作完成，另一步没有被操作的情况。解决办法是，利用lua脚本实现锁的原子性。

场景3:锁超时释放之后，会不会存在两个业务同时处理加锁的代码的情况？

这个场景与场景2是一个问题的延伸，一旦我们在设置锁的超时时间过短，就会发生这个情况。

锁在被进程2拿走之后，进程1还没有执行代码结束，如此以来就会存在进程1和进程2同时操作那段公共代码的情况，这样就会出问题，也显然不是我们期望的场景。

对于这个场景的解决办法，往往有两个：

1.调整超时时间，让业务进程在这段时间之内一定可以执行完毕。2.启动守护进程，在业务进程没有执行完成的时候，主动的去调节这个超时时间，让锁的超时时间变长。

场景4:锁被使用之后，其他的业务如何才能获取这个分布式锁？

这个场景，是非常基本的场景，一旦锁被进程1获取之后，在释放锁之前，进程2是怎么知道何时才能够获取到锁呢？

这个解决办法有点像操作系统的轮询和信号量两种。

1.轮询的话，就需要进程2不停的去超时加锁，直到能够加锁成功位置，不过这种实现比较耗费服务器资源。2.类似信号量的方法，业务进程2将加锁消息进行订阅操作，而订阅模块会维护一个消息队列，等到锁释放之后，便从队列中取出进程2，告知锁已经释放的通知。进程2收到通知以后，就可以进行加锁操作了。

场景5:redis是集群的话，使用redis分布式锁会不会有问题？

为了保证redis的可用性，往往redis服务器会设置主从，主从服务器中的从服务器在检测到主服务器挂掉之后，就会重新选举一个作为主服务器，而redis锁是操作在主服务器上的。

一旦，发生下面的现象：

1.主服务器刚刚被进程1加锁完成，还没有来得及同步数据到从服务器就挂掉了。2.从服务器经过选举，选出了新的主服务器。3.进程2在新的主服务器上加锁成功。4.如此以来进程1和进程2都会同时操作那段公共代码，这样就会存在问题，算是加锁失败。

针对这种问题，我们其实没有太好的办法，不过还好这种数据的概率比较低。

Redis 分布式锁只能作为一种缓解并发的手段，要完全解决并发问题，仍需要数据库的防并发手段配合使用。

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三、参考文档：

https://xiaomi-info.github.io/2019/12/17/redis-distributed-lock/https://mp.weixin.qq.com/s/hoZB0wdwXfG3ECKlzjtPdwhttps://mp.weixin.qq.com/s/qJK61ew0kCExvXrqb7-RSghttps://mp.weixin.qq.com/s/8fdBKAyHZrfHmSajXT_dnA