公平锁的目的是确保请求锁的线程能够按照请求顺序获得锁，避免锁的饥饿现象。在使用Redis实现分布式锁时我们应该如何保证锁的公平性呢？下面我们就来看看在实际开发中比较常用的几种保证分布式锁的公平性的操作。

解决思路

可以使用Redis的List结构来实现一个队列，通过这个队列，当请求锁的线程到来时将其标识线程ID放入队列中。在锁的持有线程需要释放锁的时候，我们可以从队列中从队列中取出下一个请求并给它分配锁。

另外，我们可以通过维护请求锁的顺序就可以控制控制谁可以获得锁，这样只可以保证序号最小的请求可以获取锁。

第三种方式，就是我们可以在每个请求加锁的时候，附加一个时间戳或者为其分配一个序列号，这个序列号就可以保证获得锁的线程是最早请求的。

解决方案

使用List结构作为队列

使用List结构作为存储结构，我们可以安装如下的步骤来实现锁的公平操作。

• 当线程请求锁时，将线程标识符添加到一个Redis List中（例如，lockQueue）。
• 获取锁时，从List的头部获取标识符，检查该标识符是否是当前线程。
• 如果是，则获得锁；否则，当前线程等待。
• 在释放锁时，移除List的头部元素，并唤醒下一个等待线程。

代码实现如下所示。

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class FairLock {
    private final String lockKey = "lock";
    private final String queueKey = "lockQueue";
    private final long lockExpireTime = 10000; // 锁超时时间
    private Jedis jedis;

    public FairLock(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public boolean tryLock(String threadId) {
        // 将线程ID放入队列
        jedis.rpush(queueKey, threadId);
        
        // 检查当前线程是否在队列的前面
        while (true) {
            String currentThreadId = jedis.lindex(queueKey, 0);
            if (threadId.equals(currentThreadId)) {
                // 尝试获得锁
                String lockValue = jedis.set(lockKey, threadId, "NX", "PX", lockExpireTime);
                if (lockValue != null) {
                    return true; // 获得锁
                }
            }
            // 等待一段时间后重试
            try {
                Thread.sleep(100); // 适当的等待时间
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }

    public void unlock(String threadId) {
        // 释放锁前，检查当前线程是否持有锁
        if (threadId.equals(jedis.get(lockKey))) {
            jedis.del(lockKey);
            // 移除队列的头部
            jedis.lpop(queueKey);
        }
    }
}

使用有序集合

另一种方法是使用Redis的有序集合（Sorted Set）来实现公平锁。当请求锁时，使用当前时间戳作为分数，将线程标识符放入有序集合中。获取锁时，从有序集合中获取分数最小的元素。释放锁时，移除该元素。

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class FairLock {
    private final String lockKey = "lock";
    private final String queueKey = "lockQueue";
    private final long lockExpireTime = 10000; // 锁超时时间
    private Jedis jedis;

    public FairLock(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }

    public boolean tryLock(String threadId) {
        long currentTime = System.currentTimeMillis();
        jedis.zadd(queueKey, currentTime, threadId); // 添加到有序集合

        while (true) {
            // 获取分数最小的元素
            Set members = jedis.zrange(queueKey, 0, 0);
            if (members.contains(threadId)) {
                // 尝试获得锁
                String lockValue = jedis.set(lockKey, threadId, "NX", "PX", lockExpireTime);
                if (lockValue != null) {
                    return true; // 获得锁
                }
            }
            // 等待一段时间后重试
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }

    public void unlock(String threadId) {
        if (threadId.equals(jedis.get(lockKey))) {
            jedis.del(lockKey);
            jedis.zrem(queueKey, threadId); // 从有序集合中移除
        }
    }
}

总结

上面我们介绍了两种在实际开中比较常用的解决分布式公平性的操作，当然除了使用Redis的List和Sorted Set实现公平锁外，我们还可以通过基于信号量机制、使用Lua脚本、使用WATCH命令、使用Redis Streams这些方法提供了不同的实现公平锁的思路，每种方式都有其优缺点，可以根据具体的应用场景和需求来选择合适的方案。实现公平锁时，务必注意性能和复杂度的权衡，以及在高并发场景下的锁竞争问题。