使用redis做分布式锁

Posted 2021-03-02 繁华乱世

为什么会有这个需求：

例如一个简单用户的操作，一个线程去修改用户状态，首先在在内存中读出用户的状态，然后在内存中进行修改，然后在存到数据库中。在单线程中，这是没有问题的。但是在多线程中由于读取，修改，写入是三个操作，不是原子操作（同时成功或失败），因此在多线程中会存在数据的安全性问题。

这个问题的话，就可以用分布式锁在限制程序的并发执行。

实现思路：

就是进来一个先占位，当别的线程进来操作的时候，发现有人占位了，就会放弃或者稍后再试。

占位的实现：

在redis中的setnx命令来实现，redis命令可以参考我这篇博客https://www.cnblogs.com/javazl/p/12657280.html，默认set命令就是存值，当key存在的时候，set就会覆盖key的value值，而setnx则不会。当没有key的时候，setnx就会进来先占位，当key存在了，其他的setnx就进不来了。。等到第一个执行完成后，在del命令释放位子。

代码实现：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
          //setnx的返回值为long类型
            if (setnx == 1) {
                //没人占位
                jedis.set("name", "zl");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                //释放资源
                 jedis.del("k1");
           }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
           }
       });
   }
}

上边代码中，就是一个简易的分布式锁的实现，但是有一个问题。就是如果在占位后释放前挂了。那么这个线程会一直释放不了，也就是del命令没有调用，后面的全部请求都阻塞到这里，锁就变成了死锁。因此这里需要去优化。

优化的方法就是加过期时间，确保锁在一定时间后能够释放.

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
                //给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
                jedis.expire("k1", 5);
                //没人占位
                jedis.set("name", "zl");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");
           }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
           }
       });
   }

这样处理后，就可以保证锁可以正常的释放。但是会有一个新的问题，就是如果在取锁和设置过期时间服务器挂掉了，因为取锁，也就是setnx和设置过期时间是两个操作，不具备原子性所以不可能同时完成。这个锁就会被一直占用，无法得到释放，成为死锁。那么如何解决呢？

在redis2.8之后，setnx和expireke可以通过一个命令一起执行，让两个操作变成一个，就会解决这个问题。

优化实现：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
         //将两个操作合并成一个，nx就是setnx，ex就是expire
            String set = jedis.set("k1", "v1", new SetParams().nx().ex(5));
          //操作结果为okhuo或者error
            if (set !=null && "OK".equals(set)) {
          //给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
                jedis.expire("k1", 5);
                //没人占位
                jedis.set("name", "zl);
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
            //释放资源
                jedis.del("k1");
           }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
           }
       });
   }
}

用过期时间优化后，虽然解决了死锁的问题，但是又有一个新的问题产生，就是超时问题：

举个例子:如果要执行的业务很耗时，可能会出现紊乱，当地一个线程获取到锁的时候，开始执行业务代码，但是业务代码很耗时，假如过期时间是3秒，而业务执行需要5秒，这样，锁就会提前释放，然后第二个线程获取到锁并开始执行。当执行到第2秒的时候，第一个锁也执行完了，此时第一个线程会释放第二个线程的锁，然后第三个线程继续获取锁并执行，当到第3秒的时候第二个线程执行完了，那么又会提前释放锁，一直如此循环，会造成线程的紊乱。

那么解决的思路主要有两种

1. 尽量避免耗时操作。
2. 去处理锁，给锁的value设置随机数或随机字符串，每当要释放的时候去判断这个value的值，如果是的话就去释放，如果不是就不释放，举个例子，假设第一个线程进来，它获取锁的value是1，如果发生超时就会进入下一个线程，下一个线程会获取新的value为3，在释放第二个所之前先去获取value并比较，发现1不等于三，那么就不去释放锁。

第一种的话没啥说的，但是第二种的话会有一个问题，就是释放锁会查看value，然后比较，然后释放，会有三个操作，那么就不具备原子性，这样操作的话，会出现死锁。这里我们可以使用Lua脚本去处理。

Lua脚本的特点：

 1.使用方便，redis内置了对Lua脚本的支持。

 2.Lua可以在redis服务端原子性的执行多个redis命令

 3.由于网络的原因会影响到redis的性能，因此，使用Lua可以让多个命令同时执行，降低了网络给redis带来的性能问题。

在redis中如何使用Lua脚本：

1.在redis服务端写好，然后在java业务中调用脚本

2.可以直接在java中直接去写，写好后，需要执行时，每次将脚本发送到redis中去执行。

创建Lua脚本：

//用redis.call调用一个redis命令，调的是get命令，这个key是从外面传进来的key
if redis.call("get",KEYS[1])==ARGV[1] then
//如果相等就去操作释放命令
   return redis.call("del",KEYS[1])
else

  return 0
end

 可以给Lua脚本求一个SHA1和：

cat lua/equal.lua | redis-cli -a root script load --pipe

script load这个命令会在Redis中缓存Lua脚本，并返回脚本内容的SHA1校验和，然后在java中调用时，传入SHA1校验和作为参数，这样redis服务端就知道执行那个脚本了。

接下来在java中编写

 public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            redis.execute(jedis -> {
                //1.先获取一个随机字符串
                String value = UUID.randomUUID().toString();
                //2.获取锁
                String k1 = jedis.set("k1", value, new SetParams().nx().ex(5));
                //3.判断是否成功拿到锁
                if (k1 != null && "OK".equals(k1)) {
                    //4. 具体的业务操作
                    jedis.set("site", "zl");
                    String site = jedis.get("site");
                    System.out.println(site);
                    //5.释放锁
                    jedis.evalsha("b8059ba43af6ffe8bed3db65bac35d452f8115d8", 
Arrays.asList("k1"), Arrays.asList(value));
               } else {
                    System.out.println("没拿到锁");
               }
           });
       }
   }
}

这样处理的话，就解决了死锁的问题。