Redis 分布式锁

2024-07-05 10:12:40

0、前言

本文所有代码可见 => 【gitee code demo】
本文涉及的主题：

为什么使用分布式锁：单机锁在集群中会失效
分布式锁的特征 & 手写redis分布式锁
redisson

1、单机锁在集群失效问题演示

使用nginx 搭建集群服务

直接启动，获取初始文件

docker run -p 80:80 –name nginx -d nginx:1.10

复制要挂载的文件到宿主机

docker cp cf15f5516cc0:/etc/nginx/ /usr/local/nginx/conf/
docker cp cf15f5516cc0:/var/log/nginx /usr/local/nginx/logs/
docker cp cf15f5516cc0:/usr/share/nginx/html /usr/local/nginx/html/

路径结构如下

修改配置文件

/usr/local/nginx/conf/nginx.conf

/usr/local/nginx/conf/conf.d/default.conf

upstream 命名不支持_，改为任意合法名称即可。例如：nginx-redis

配置负载均衡到两个业务端口

删除原容器，启动新容器

docker rm $(docker stop nginx)


docker run -p 80:80 --name nginx  \
 -v /usr/local/nginx/html:/usr/share/nginx/html \
 -v /usr/local/nginx/logs:/var/log/nginx \
 -v /usr/local/nginx/conf/:/etc/nginx \
 -d nginx:1.10

jmeter 测试，出现了重复消费问题

redis库存： set inventory001 100

测试计划：lock锁集群.jmx

集群服务：端口 7777、8888

解释

synchronized 和 lock 只对同一个进程下的多线程有效，多进程不管用（多进程是多个锁）

2、分布式锁

独占性 setnx

public String sale() {
	String key = "RedisLock";
	String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
	// setnx <key, value>
	while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue)) {
		//暂停20毫秒，类似CAS自旋
		try {
			TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	try {
		// 业务代码
	} finally {
		stringRedisTemplate.delete(key);
	}
}

超时释放 expire

public String sale() {
	String key = "RedisLock";
	String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
	
	// setnx <key, value>
	// 原子性设置过期时间，防止宕机后出现死锁
	while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue, 30L, TimeUnit.SECONDS)) {
		//暂停20毫秒，类似CAS自旋
		try {
			TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	try {
		// 业务代码
	} finally {
		stringRedisTemplate.delete(key);
	}
}

安全性

唯一标识 requestId = uuid:threadId

public String sale() {
	String key = "RedisLock";
	String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
	
	// setnx <key, value>
	// 原子性设置过期时间，防止宕机后出现死锁
	while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue, 30L, TimeUnit.SECONDS)) {
		//暂停20毫秒，类似CAS自旋
		try {
			TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	try {
		// 业务代码
	} finally {	
		// 添加校验逻辑 防止误删
		if(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key).equalsIgnoreCase(uuidValue)) {
			stringRedisTemplate.delete(key);
		}
	}
}

自动续期：业务没执行完之前，自动续期，防止提前删除，别的线程

private void renewExpire() {
	String script =
			"if redis.call('HEXISTS',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then " +
					"return redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) " +
					"else " +
					"return 0 " +
					"end";
	
	new Timer().schedule(new TimerTask() {
		@Override
		public void run() {
			if (stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime))) {
				renewExpire();
			}
		}
	}, expireTime/3);
}

原子性 lua脚本保证原子性

public String sale() {
	String key = "RedisLock";
	String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
	
	// setnx <key, value>
	// 原子性设置过期时间，防止宕机后出现死锁
	while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue, 30L, TimeUnit.SECONDS)) {
		//暂停20毫秒，类似CAS自旋
		try {
			TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	try {
		// 业务代码
	} finally {
		// lua 脚本保证原子性
		String delLuaScript = "if (redis.call('get', keys[1]) == args[1]) then return redis.call('del', key[1]) else return 0 end";
		stringRedisTemplate.execute(RedisScript.of(delLuaScript, Boolean.class), Collections.singletonList(key), uuidValue);
	}
}

可重入性 hash（增加一个加锁次数的信号量）

redis.call(‘hexists’,KEYS[1],ARGV[1]) == 1 : 线程已经获取了锁

public String sale() {
	String lockScript =
		"if redis.call('exists',KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 " +
				"then " +
				"   redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[1],1) " +
				"   redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) " +
				"   return 1 " +
				"else " +
				"   return 0 " +
				"end";
	while (!stringRedisTemplate.execute(RedisScript.of(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime))) {
		try {
			TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
		} catch (InterruptedException e) {
			throw new RuntimeException(e);
		}
	}
	this.renewExpire();
	try {
		// 业务代码
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	} finally {
		String unlockScript =
				"if redis.call('HEXISTS',KEYS[1],ARGV[1]) == 0 then " +
						"   return nil " +
						"elseif redis.call('HINCRBY',KEYS[1],ARGV[1],-1) == 0 then " +
						"   return redis.call('del',KEYS[1]) " +
						"else " +
						"   return 0 " +
						"end";
		stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime));
	}
}

redisson实现

高可用 Redisson

redis分布式锁失效的情况

redis-master宕机，由于redis复制是异步的，锁信息没同步到新的master，这里新线程获取锁成功，就导致redis分布式锁失效

官网描述

Redlock算法

使用 N 个独立的master，N = 2x + 1，尝试在全部N个master上获取锁，只有能在其中至少（N/2+1）个master上获取到锁，才算加锁成功，否则解锁全部实例

官网描述

watchdog

高性能读写锁

RReadWriteLock readWriteLock = redisson.getReadWriteLock("readWriteLock");
RLock writeLock = readWriteLock.writeLock();
RLock readLock = readWriteLock.readLock();
try {
    writeLock.lock();
    //业务操作
} catch (InterruptedException e) {
   log.error(e);
} finally {
    rLock.unlock();
}

通过将锁分为读锁与写锁，最大的提升之后就在与大大的提高系统的读性能，因为读锁与读锁之间是没有冲突的，不存在互斥，然后又因为业务系统中的读操作是远远多与写操作的，所以我们在提升了读锁的性能的同时，系统整体锁的性能都得到了提升

读写锁特点

读锁与读锁不互斥，可共享
读锁与写锁互斥
写锁与写锁互斥

3、总结

所以如果我们的业务场景，更需要数据的一致性，我们可以使用 CP 的分布式锁，例子 zookeeper

如果我们更需要的是保证数据的可用性，那么我们可以使用 AP 的分布式锁，例如 Redis

码农公寓