使用Redis实现分布式锁

Posted 2020-12-22 寻觅beyond

一.介绍

　　分布式锁，或者称为“全局锁”，在分布式环境中，保证锁只能被一个对象（或者成为“事务”）获取，经常出现在“避免数据重复处理”、“接口幂等”的场景。

　　下面介绍了Redis中两种分布式锁的实现方式。

　　

二.setnx + expire组合

2.1命令介绍

　　使用setnx和expire命令组合实现，这两个命令用法如下：

setnx key value
expire key seconds

　　对于setnx来说，只有key不存在，或者已经过期，setnx才会成功（返回1），否则失败（返回0）。

　　expire可以用来对key的有效期进行设置，若不设置key的有效期，则默认为-1，表示一直有效；

 

2.2操作步骤

　　实现分布式锁的时候，方式很简单：

2.现有A、B两个线程尝试获取同一个全局锁，假设先接收到A的请求；

3.直接执行setnx命令，key为foo，value可以根据业务制定，比如A的名称或者某个特殊的值；

4.如果setnx加锁成功，那么使用expire去设置key的过期时间，防止一直不释放锁的情况出现；

5.加锁成功后，且设置过期时间成功后，执行自己的业务逻辑（获取到全局锁的逻辑），等待锁自动过期释放或者手动删除（del命令）；

6.如果setnx加锁失败，则根据自己业务逻辑进行其他操作（未获取到全局锁的逻辑）。

 

2.3释放锁存在的问题

　　对于锁的释放，有两种方式选择：锁自动过期释放锁，手动删除锁。其中让锁过期自动释放比较简单，手动删除锁存在一些问题。

　　如果选择锁自动过期的方式来释放锁，那么需要注意过期时间不要设置太长，不然大量的请求会阻塞，导致系统效率降低；

　　如果选择手动删除，可以通过key对应的value来判断加锁和释放锁（del）的是否为同一个事务，如果是的话，则进行删除操作，但是这个不是原子操作，原因如下：

　　1.查询锁是否本次加的锁，如果是，则进行第2步，否则就是已经过期了，被其他线程获取了锁；

　　2.进行del操作；

　　在第一步的查，到第二步的删，是存在时间间隔的，这段时间内，锁可能会过期并被其他线程获取到，此时再del，则会让其他线程获取到的锁失效。

　　可以考虑使用watch命令来对key进行监听。

 

2.4设置过期时间存在的问题

　　如果在setnx之后，还没有来得及expire设置过期时间，那么锁就一直不会释放，后续请求无法再加锁。

　　此时可以使用带有多个参数的set命令：

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

　　http://www.redis.cn/commands/set.html

 

2.5锁可重入的问题

　　可以通过value判断是否为本事务获取了事务，如果是，则直接进入。

　　

三.Redis + Lua实现分布式锁

　　使用Redisson框架，下面简单说一下原理

3.1加锁的Lua伪代码

　　可以使用Lua编程语言，编写一段代码，然后在redis中执行，可以认为是原子操作，下面是伪代码：

if (redis.call(‘exists‘, keys[1]) == 0) then
	redis.call(‘hset‘, keys[1], argv[2], 1);
	redis.call(‘pexpire‘, keys[1], argv[1]);
	return nil;
end

if (redis.call(‘hexists‘, keys[1], argv[2]) == 1) then
	redis.call(‘hincrby‘, keys[1], argv[2], 1);
	redis.call(‘pexpire‘, keys[1], argv[1]);
	return nil;
end

return redis.call(‘pttl‘, keys[1]);

　　上面涉及一个redis.call()方法，他的功能根据传入的参数执行redis命令，

　　以及出现了几个参数，解释如下：

　　keys[1]：表示的就是锁的名称，比如要对foo这个字符串加锁，那么keys[1]就是foo；

　　argv就是argument value的简写，表示的是传入的参数列表，是一个数组；

　　argv[1]：表示锁的生存时间，默认在30秒后释放锁（失效）；

　　argv[2]：表示加锁的客户端ID（可以理解为事务ID）

　　

3.2加锁的代码介绍

　　分别介绍上面三段代码：

if (redis.call(‘exists‘, keys[1]) == 0) then
	redis.call(‘hset‘, keys[1], argv[2], 1);
	redis.call(‘pexpire‘, keys[1], argv[1]);
	return nil;
end

　　这段代码，判断key是否存在，如果不存在，则创建一个hash，key为锁的名称，值为客户端id，后面的1表示加锁的次数，后面在判断可重入的时候使用；然后设置key的有效时间；之后就返回锁获取成功。

 

if (redis.call(‘hexists‘, keys[1], argv[2]) == 1) then
	redis.call(‘hincrby‘, keys[1], argv[2], 1);
	redis.call(‘pexpire‘, keys[1], argv[1]);
	return nil;
end

　　这段代码主要实现“锁的可重入”，前提是key（锁）已经存在了，那么就判断hash中key对应的客户端是否为当前客户端id，如果是的话，那么就执行hincrby命令，将加锁的次数进行加1，然后重新设置key（锁）的过期时间，之后再返回。

 

return redis.call(‘pttl‘, keys[1]);

　　执行到上面这段代码，表示锁已经存在，且不是当前客户端获取到锁，那么就会执行pttl查看锁的有效期。

 

3.3watch dog自动延时

　　如果客户端获取到锁后，超过设置的过期时间，还希望持有锁，那么有watch dog机制，也就是该客户端获取到锁后，就会启动后台线程去判断客户端是否仍旧持有锁，如果是，则会延长过期时间。

 

3.4释放锁

　　释放锁，需要注意有锁的重入问题，当锁重入后，有计数器来保存重入的次数（获取锁的次数），每次unlock的时候，将计数减1，当计数为0的时候，表示不再持有该锁，则执行del key[1]命令删除锁。