使用Redis实现分布式锁

Posted 程序猿001

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了使用Redis实现分布式锁相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

1.实现分布式锁的几种方案

    1.Redis实现   (推荐)

    2.Zookeeper实现

    3.数据库实现

Redis实现分布式锁
*
* 在集群等多服务器中经常使用到同步处理一下业务,这是普通的事务是满足不了业务需求,需要分布式锁
*
* 分布式锁的常用3种实现:
*               0.数据库乐观锁实现
*               1.Redis实现   ---  使用redis的setnx()、get()、getset()方法,用于分布式锁,解决死锁问题
*               2.Zookeeper实现
*                      参考:http://surlymo.iteye.com/blog/2082684
*                            http://www.jb51.net/article/103617.htm
*                            http://www.hollischuang.com/archives/1716?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
*                   1、实现原理:
基于zookeeper瞬时有序节点实现的分布式锁,其主要逻辑如下(该图来自于IBM网站)。大致思想即为:每个客户端对某个功能加锁时,在zookeeper上的与该功能对应的指定节点的目录下,生成一个唯一的瞬时有序节点。判断是否获取锁的方式很简单,只需要判断有序节点中序号最小的一个。当释放锁的时候,只需将这个瞬时节点删除即可。同时,其可以避免服务宕机导致的锁无法释放,而产生的死锁问题。
2、优点
锁安全性高,zk可持久化
3、缺点
性能开销比较高。因为其需要动态产生、销毁瞬时节点来实现锁功能。
4、实现
可以直接采用zookeeper第三方库curator即可方便地实现分布式锁
*
* Redis实现分布式锁的原理:
*   1.通过setnx(lock_timeout)实现,如果设置了锁返回1, 已经有值没有设置成功返回0
*   2.死锁问题:通过实践来判断是否过期,如果已经过期,获取到过期时间get(lockKey),然后getset(lock_timeout)判断是否和get相同,
*     相同则证明已经加锁成功,因为可能导致多线程同时执行getset(lock_timeout)方法,这可能导致多线程都只需getset后,对于判断加锁成功的线程,
*     再加expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS)过期时间,防止多个线程同时叠加时间,导致锁时效时间翻倍
*   3.针对集群服务器时间不一致问题,可以调用redis的time()获取当前时间

2.Redis分分布式锁的代码实现

   1.定义锁接口

package com.jay.service.redis;

/**
 * Redis分布式锁接口
 * Created by hetiewei on 2017/4/7.
 */
public interface RedisDistributionLock {
    /**
     * 加锁成功,返回加锁时间
     * @param lockKey
     * @param threadName
     * @return
     */
    public long lock(String lockKey, String threadName);

    /**
     * 解锁, 需要更新加锁时间,判断是否有权限
     * @param lockKey
     * @param lockValue
     * @param threadName
     */
    public void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName);

    /**
     * 多服务器集群,使用下面的方法,代替System.currentTimeMillis(),获取redis时间,避免多服务的时间不一致问题!!!
     * @return
     */
    public long currtTimeForRedis();
}

2.定义锁实现

package com.jay.service.redis.impl;

import com.jay.service.redis.RedisDistributionLock;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.RedisSerializer;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Created by hetiewei on 2017/4/7.
 */
public class RedisLockImpl implements RedisDistributionLock {

    //加锁超时时间,单位毫秒, 即:加锁时间内执行完操作,如果未完成会有并发现象
    private static final long LOCK_TIMEOUT = 5*1000;

    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(RedisLockImpl.class);

    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    public RedisLockImpl(StringRedisTemplate redisTemplate) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    /**
     * 加锁
     * 取到锁加锁,取不到锁一直等待知道获得锁
     * @param lockKey
     * @param threadName
     * @return
     */
    @Override
    public synchronized long lock(String lockKey, String threadName) {
        LOG.info(threadName+"开始执行加锁");
        while (true){ //循环获取锁
            //锁时间
            Long lock_timeout = currtTimeForRedis()+ LOCK_TIMEOUT +1;
            if (redisTemplate.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
                @Override
                public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
                    //定义序列化方式
                    RedisSerializer<String> serializer = redisTemplate.getStringSerializer();
                    byte[] value = serializer.serialize(lock_timeout.toString());
                    boolean flag = redisConnection.setNX(lockKey.getBytes(), value);
                    return flag;
                }
            })){
                //如果加锁成功
                LOG.info(threadName +"加锁成功 ++++ 111111");
                //设置超时时间,释放内存
                redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS);
                return lock_timeout;
            }else {
                //获取redis里面的时间
                String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
                Long currt_lock_timeout_str = result==null?null:Long.parseLong(result);
                //锁已经失效
                if (currt_lock_timeout_str != null && currt_lock_timeout_str < System.currentTimeMillis()){
                    //判断是否为空,不为空时,说明已经失效,如果被其他线程设置了值,则第二个条件判断无法执行
                    //获取上一个锁到期时间,并设置现在的锁到期时间
                    Long old_lock_timeout_Str = Long.valueOf(redisTemplate.opsForValue().getAndSet(lockKey, lock_timeout.toString()));
                    if (old_lock_timeout_Str != null && old_lock_timeout_Str.equals(currt_lock_timeout_str)){
                        //多线程运行时,多个线程签好都到了这里,但只有一个线程的设置值和当前值相同,它才有权利获取锁
                        LOG.info(threadName + "加锁成功 ++++ 22222");
                        //设置超时间,释放内存
                        redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS);

                        //返回加锁时间
                        return lock_timeout;
                    }
                }
            }

            try {
                LOG.info(threadName +"等待加锁, 睡眠100毫秒");
//                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     * 解锁
     * @param lockKey
     * @param lockValue
     * @param threadName
     */
    @Override
    public synchronized void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName) {
        LOG.info(threadName + "执行解锁==========");//正常直接删除 如果异常关闭判断加锁会判断过期时间
        //获取redis中设置的时间
        String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
        Long currt_lock_timeout_str = result ==null?null:Long.valueOf(result);

        //如果是加锁者,则删除锁, 如果不是,则等待自动过期,重新竞争加锁
        if (currt_lock_timeout_str !=null && currt_lock_timeout_str == lockValue){
            redisTemplate.delete(lockKey);
            LOG.info(threadName + "解锁成功------------------");
        }
    }

    /**
     * 多服务器集群,使用下面的方法,代替System.currentTimeMillis(),获取redis时间,避免多服务的时间不一致问题!!!
     * @return
     */
    @Override
    public long currtTimeForRedis(){
        return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Long>() {
            @Override
            public Long doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
                return redisConnection.time();
            }
        });
    }

}

3.分布式锁验证

@RestController
@RequestMapping("/distribution/redis")
public class RedisLockController {

    private static final String LOCK_NO = "redis_distribution_lock_no_";

    private static int i = 0;

    private ExecutorService service;

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * 模拟1000个线程同时执行业务,修改资源
     *
     * 使用线程池定义了20个线程
     *
     */
    @GetMapping("lock1")
    public void testRedisDistributionLock1(){

        service = Executors.newFixedThreadPool(20);

        for (int i=0;i<1000;i++){
            service.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    task(Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }

    }

    @GetMapping("/{key}")
    public String getValue(@PathVariable("key") String key){
        Serializable result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        return result.toString();
    }

    private void task(String name) {
//        System.out.println(name + "任务执行中"+(i++));

        //创建一个redis分布式锁
        RedisLockImpl redisLock = new RedisLockImpl(redisTemplate);
        //加锁时间
        Long lockTime;
        if ((lockTime = redisLock.lock((LOCK_NO+1)+"", name))!=null){
            //开始执行任务
            System.out.println(name + "任务执行中"+(i++));
            //任务执行完毕 关闭锁
            redisLock.unlock((LOCK_NO+1)+"", lockTime, name);
        }

    }
}

4.结果验证:

      在Controller中模拟了1000个线程,通过线程池方式提交,每次20个线程抢占分布式锁,抢到分布式锁的执行代码,没抢到的等待

     结果如下:

2017-04-07 16:27:17.385  INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-4等待加锁, 睡眠100毫秒
2017-04-07 16:27:17.385  INFO 8652 --- [pool-2-thread-7] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-7解锁成功------------------
        2017-04-07 16:27:17.391  INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-5加锁成功 ++++ 111111
pool-2-thread-5任务执行中994
2017-04-07 16:27:17.391  INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-5执行解锁==========
        2017-04-07 16:27:17.391  INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-1等待加锁, 睡眠100毫秒
2017-04-07 16:27:17.391  INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-5解锁成功------------------
        2017-04-07 16:27:17.397  INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-6加锁成功 ++++ 111111
pool-2-thread-6任务执行中995
2017-04-07 16:27:17.398  INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-6执行解锁==========
        2017-04-07 16:27:17.398  INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-6解锁成功------------------
        2017-04-07 16:27:17.400  INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-19加锁成功 ++++ 111111
pool-2-thread-19任务执行中996
2017-04-07 16:27:17.400  INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-19执行解锁==========
        2017-04-07 16:27:17.400  INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-19解锁成功------------------
        2017-04-07 16:27:17.571  INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-11加锁成功 ++++ 111111
pool-2-thread-11任务执行中997
2017-04-07 16:27:17.572  INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-11执行解锁==========
        2017-04-07 16:27:17.572  INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-11解锁成功------------------
        2017-04-07 16:27:17.585  INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-4加锁成功 ++++ 111111
pool-2-thread-4任务执行中998
2017-04-07 16:27:17.586  INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-4执行解锁==========
        2017-04-07 16:27:17.586  INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-4解锁成功------------------
        2017-04-07 16:27:17.591  INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-1加锁成功 ++++ 111111
pool-2-thread-1任务执行中999
2017-04-07 16:27:17.591  INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-1执行解锁==========
        2017-04-07 16:27:17.591  INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl   : pool-2-thread-1解锁成功------------------

 

以上是关于使用Redis实现分布式锁的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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