基于Redis实现分布式锁

2022-11-17 14:18:33

我们知道分布式锁的特性是排他、避免死锁、高可用。分布式锁的实现可以通过数据库的乐观锁(通过版本号)或者悲观锁(通过for update)、Redis的setnx()命令、Zookeeper(在某个持久节点添加临时有序节点，判断当前节点是否是序列中最小的节点，如果不是则监听比当前节点还要小的节点。如果是，获取锁成功。当被监听的节点释放了锁(也就是被删除)，会通知当前节点。然后当前节点再尝试获取锁，如此反复)

  基于Redis实现分布式锁 redis.png

本篇文章，主要讲如何用Redis的形式实现分布式锁。后续文章会讲解热点KEY读取，缓存穿透和缓存雪崩的场景和解决方案、缓存更新策略等等知识点，理论知识点较多。

Redis配置

spring:
    redis:
    port: 6379
    database: 0
    host: 127.0.0.1
    password:
    jedis:
      pool:
        max-active: 8
        max-wait: -1ms
        max-idle: 8
        min-idle: 0
    timeout: 5000ms　

Jedis工具类

public class JedisConnectionUtil {

    private static JedisPool pool = null;

    static {
        JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
        jedisPoolConfig.setMaxTotal(100);
        pool = new JedisPool(jedisPoolConfig, "127.0.0.1", 6379);
    }

    public static Jedis getJedis(){
        return pool.getResource();
    }
}

　　

分布式锁分析与编码

下面进入正文。因为分布式系统之间是不同进程的，单机版的锁无法满足要求。所以我们可以借助中间件Redis的setnx()命令实现分布式锁。setnx()命令只会对不存在的key设值，返回1代表获取锁成功。对存在的key设值，会返回0代表获取锁失败。这里的value是System.currentTimeMillis() (获取锁的时间)+锁持有的时间。我这里设置锁持有的时间是200ms，实际业务执行的时间远比这200ms要多的多，持有锁的客户端应该检查锁是否过期，保证锁在释放之前不会过期。因为客户端故障的情况可能是很复杂的。比如现在有A，B俩个客户端。A客户端获取了锁，执行业务中做了骚操作导致阻塞了很久，时间应该远远超过200ms，当A客户端从阻塞状态下恢复继续执行业务代码时，A客户端持有的锁由于过期已经被其他客户端占有。这时候A客户端执行释放锁的操作，那么有可能释放掉其他客户端的锁。

我这里设置的客户端等待锁的时间是200ms。这里通过轮询的方式去让客户端获取锁。如果客户端在200ms之内没有锁的话，直接返回false。实际场景要设置合适的客户端等待锁的时间，避免消耗CPU资源。

获取锁

/**
 * 获取锁
 * @param lockName 锁的名字
 * @param acquireTimeout 或得所的超时时间
 * @param lockTimeout 所本身的超时时间
 * @return
 */
public String acquireLock(String lockName, long acquireTimeout, long lockTimeout){
    // 锁标识
    String identifler = UUID.randomUUID().toString();
    String lockKey = "lock" + lockName;
    int lockExpire = (int) (lockTimeout / 1000);
    Jedis jedis = null;

    try {
        jedis = JedisConnectionUtil.getJedis();

        long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
        // 获取锁的限定时间
        while (System.currentTimeMillis() < end) {
            if (jedis.setnx(lockKey, identifler) == 1) {
                // 设置成功
                // 设置超时时间
                jedis.expire(lockKey, lockExpire);
                // 或得锁成功
                return identifler;
            }
            if (jedis.ttl(lockKey) == -1) {
                // 如果一直没有或得锁设置超时时间
                jedis.expire(lockKey, lockExpire);
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }finally {
        jedis.close();
    }
    return null;
}

　　

所以，我们要加上锁过期，然后获取锁的策略。通过realKey获取当前的currentValue。currentValue也就是获取锁的时间 + 锁持有的时间。 如果currentValue不等于null 且 currentValue 小于当前时间，说明锁已经过期。这时候如果突然来了C，D两个客户端获取锁的请求，不就让C，D两个客户端都获取锁了吗。如果防止这种现象发生，我们采用getSet()命令来解决。getSet(key,value)的命令会返回key对应的value，然后再把key原来的值更新为value。也就是说getSet()返回的是已过期的时间戳。如果这个已过期的时间戳等于currentValue，说明获取锁成功。  

释放锁

/**
 * 释放锁
 * @param lockName 锁的名字
 * @param identifler 锁标识
 * @return
 */
public boolean releaseLock(String lockName, String identifler){
    System.out.println(lockName + "释放锁" + identifler);
    String lockKey = "lock:" + lockName;
    Jedis jedis = null;
    boolean isrelease = false;
    try {
        jedis = JedisConnectionUtil.getJedis();
        while (true){
            jedis.watch(lockKey);
            // 判断是否是同一把锁
            if (identifler.equals(jedis.get(lockKey))){
                Transaction transaction = jedis.multi();
                transaction.del(lockKey);
                if (transaction.exec().isEmpty()){
                    continue;
                }
                isrelease = true;
            }
            // TODO 异常
            jedis.unwatch();
            break;
        }
    }finally {
        jedis.close();
    }
    return isrelease;
}

编写测试类用多线程模拟高并发

public class UnitTest extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            DistributedLock distributedLock = new DistributedLock();
            String rs = distributedLock.acquireLock("updateOrder", 2000, 5000);
            if (rs != null){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-> 或得锁" + rs);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    distributedLock.releaseLock("updateOrder", rs);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                break;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        UnitTest unitTest = new UnitTest();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(unitTest, "tName:" + i).start();
        }
    }
}

代码运行结果

tName:0-> 或得锁a86a2867-a5f9-4b81-8be6-105d50b8a1ab
updateOrder释放锁a86a2867-a5f9-4b81-8be6-105d50b8a1ab
tName:1-> 或得锁bcdeb19c-a47c-4a12-86df-8e5d90b2ecb0
updateOrder释放锁bcdeb19c-a47c-4a12-86df-8e5d90b2ecb0
tName:6-> 或得锁147d9fc8-5e15-4e86-8da6-e029a3e2d92f
updateOrder释放锁147d9fc8-5e15-4e86-8da6-e029a3e2d92f
tName:2-> 或得锁93deb41d-2439-45e7-beb1-2e4ce672e8ca
updateOrder释放锁93deb41d-2439-45e7-beb1-2e4ce672e8ca
tName:4-> 或得锁094f921d-fe9b-46ba-873b-aee2ce974f16
updateOrder释放锁094f921d-fe9b-46ba-873b-aee2ce974f16
tName:5-> 或得锁216e0799-6d22-4ae4-bb83-9efe1e5f80c9
updateOrder释放锁216e0799-6d22-4ae4-bb83-9efe1e5f80c9
tName:9-> 或得锁678e2099-651c-4e23-a648-9fb588ecb42b
updateOrder释放锁678e2099-651c-4e23-a648-9fb588ecb42b
tName:7-> 或得锁f35cdbad-6fde-4f1e-a4c1-321805a39374
updateOrder释放锁f35cdbad-6fde-4f1e-a4c1-321805a39374
tName:3-> 或得锁0913a4a0-805a-48e2-ac5a-c0762b8c4072
updateOrder释放锁0913a4a0-805a-48e2-ac5a-c0762b8c4072
tName:8-> 或得锁a3964a2a-6b9c-4ca3-9ea5-53de854c23ce
updateOrder释放锁a3964a2a-6b9c-4ca3-9ea5-53de854c23ce
      本文文字部分参考文章:https://www.jianshu.com/p/83224c0f3bb9
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