redis分布式锁原理及实现

一、写在前面

现在面试，一般都会聊聊分布式系统这块的东西。通常面试官都会从服务框架（Spring Cloud、Dubbo）聊起，一路聊到分布式事务、分布式锁、ZooKeeper等知识。

所以咱们这篇文章就来聊聊分布式锁这块知识，具体的来看看Redis分布式锁的实现原理。

说实话，如果在公司里落地生产环境用分布式锁的时候，一定是会用开源类库的，比如Redis分布式锁，一般就是用Redisson框架就好了，非常的简便易用。

大家如果有兴趣，可以去看看Redisson的官网，看看如何在项目中引入Redisson的依赖，然后基于Redis实现分布式锁的加锁与释放锁。

下面给大家看一段简单的使用代码片段，先直观的感受一下：

怎么样，上面那段代码，是不是感觉简单的不行！

此外，人家还支持redis单实例、redis哨兵、redis cluster、redis master-slave等各种部署架构，都可以给你完美实现。

二、Redisson实现Redis分布式锁的底层原理

好的，接下来就通过一张手绘图，给大家说说Redisson这个开源框架对Redis分布式锁的实现原理。

（1）加锁机制

咱们来看上面那张图，现在某个客户端要加锁。如果该客户端面对的是一个redis cluster集群，他首先会根据hash节点选择一台机器。

这里注意，仅仅只是选择一台机器！这点很关键！

紧接着，就会发送一段lua脚本到redis上，那段lua脚本如下所示：

为啥要用lua脚本呢？

因为一大坨复杂的业务逻辑，可以通过封装在lua脚本中发送给redis，保证这段复杂业务逻辑执行的原子性。

那么，这段lua脚本是什么意思呢？

KEYS[1]代表的是你加锁的那个key，比如说：

RLock lock = redisson.getLock("myLock");

这里你自己设置了加锁的那个锁key就是“myLock”。

ARGV[1]代表的就是锁key的默认生存时间，默认30秒。

ARGV[2]代表的是加锁的客户端的ID，类似于下面这样：

8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1

给大家解释一下，第一段if判断语句，就是用“exists myLock”命令判断一下，如果你要加锁的那个锁key不存在的话，你就进行加锁。

如何加锁呢？很简单，用下面的命令：

hset myLock

8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1 1

通过这个命令设置一个hash数据结构，这行命令执行后，会出现一个类似下面的数据结构：

上述就代表“8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1”这个客户端对“myLock”这个锁key完成了加锁。

接着会执行“pexpire myLock 30000”命令，设置myLock这个锁key的生存时间是30秒。

好了，到此为止，ok，加锁完成了。

（2）锁互斥机制

那么在这个时候，如果客户端2来尝试加锁，执行了同样的一段lua脚本，会怎样呢？

很简单，第一个if判断会执行“exists myLock”，发现myLock这个锁key已经存在了。

接着第二个if判断，判断一下，myLock锁key的hash数据结构中，是否包含客户端2的ID，但是明显不是的，因为那里包含的是客户端1的ID。

所以，客户端2会获取到pttl myLock返回的一个数字，这个数字代表了myLock这个锁key的剩余生存时间。比如还剩15000毫秒的生存时间。

此时客户端2会进入一个while循环，不停的尝试加锁。

（3）watch dog自动延期机制

客户端1加锁的锁key默认生存时间才30秒，如果超过了30秒，客户端1还想一直持有这把锁，怎么办呢？

简单！只要客户端1一旦加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，他是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果客户端1还持有锁key，那么就会不断的延长锁key的生存时间。

（4）可重入加锁机制

那如果客户端1都已经持有了这把锁了，结果可重入的加锁会怎么样呢？

比如下面这种代码：

这时我们来分析一下上面那段lua脚本。

第一个if判断肯定不成立，“exists myLock”会显示锁key已经存在了。

第二个if判断会成立，因为myLock的hash数据结构中包含的那个ID，就是客户端1的那个ID，也就是“8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1”

此时就会执行可重入加锁的逻辑，他会用：

incrby myLock

8743c9c0-0795-4907-87fd-6c71a6b4586:1 1

通过这个命令，对客户端1的加锁次数，累加1。

此时myLock数据结构变为下面这样：

大家看到了吧，那个myLock的hash数据结构中的那个客户端ID，就对应着加锁的次数

（5）释放锁机制

如果执行lock.unlock()，就可以释放分布式锁，此时的业务逻辑也是非常简单的。

其实说白了，就是每次都对myLock数据结构中的那个加锁次数减1。

如果发现加锁次数是0了，说明这个客户端已经不再持有锁了，此时就会用：

“del myLock”命令，从redis里删除这个key。

然后呢，另外的客户端2就可以尝试完成加锁了。

这就是所谓的分布式锁的开源Redisson框架的实现机制。

一般我们在生产系统中，可以用Redisson框架提供的这个类库来基于redis进行分布式锁的加锁与释放锁。

（6）上述Redis分布式锁的缺点

其实上面那种方案最大的问题，就是如果你对某个redis master实例，写入了myLock这种锁key的value，此时会异步复制给对应的master slave实例。

但是这个过程中一旦发生redis master宕机，主备切换，redis slave变为了redis master。

接着就会导致，客户端2来尝试加锁的时候，在新的redis master上完成了加锁，而客户端1也以为自己成功加了锁。

此时就会导致多个客户端对一个分布式锁完成了加锁。

这时系统在业务语义上一定会出现问题，导致各种脏数据的产生。

所以这个就是redis cluster，或者是redis master-slave架构的主从异步复制导致的redis分布式锁的最大缺陷：在redis master实例宕机的时候，可能导致多个客户端同时完成加锁。

手动实现redis分布式锁的正确姿势

package com.shuangyueliao.shuangcloud.redislock;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.Collections;
public class RedisTool {
  private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX"; 
private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "PX"; 
/**
* 尝试获取分布式锁
* 
* @param jedis      Redis客户端 
* @param lockKey    锁 
* @param requestId  请求标识
* @param expireTime 超期时间
* @return 是否获取成功
*/ 
public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {
  String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime); 
  if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {
    return true; 
  }
  return false; 
} 
private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;
/**
* 释放分布式锁 
* 
* @param jedis     Redis客户端 
* @param lockKey   锁
* @param requestId 请求标识 
* @return 是否释放成功 
*/ 
public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) { 
  String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end"; 
  Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));
  if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
    return true; 
  } 
  return false;
} 
}

分析了一下网上的不少手写实现redis分式锁，都有不少相同的错误，下面分析一下错误的姿势

先来看一下redis加锁

/**
*
* @param acquireTimeout 获取锁的超时时间
* @param timeOut 锁的过期时间
* @return 
*/ 
public String getRedisLock(Long acquireTimeout, Long timeOut) { 
  Jedis conn = null; 
  try {  
    conn = jedisPool.getResource(); 
    String identifierValue = UUID.randomUUID().toString();  
    int expireLock = (int) (timeOut / 1000); 
    Long endTime = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
    while (System.currentTimeMillis() < endTime) { 
      if (conn.setnx(redislockKey, identifierValue) == 1) { 
        conn.expire(redislockKey, expireLock);  
        return identifierValue; 
      }
    }
  } catch (Exception e) {  
    e.printStackTrace(); 
    if (conn != null) { 
      conn.close(); 
    }
  } 
  return null; 
}

注意问题：

1、要为锁的value设置一个唯一的值，这样就避免了任意线程都能释放锁，因为如果业务时间小于锁的过期时间，锁被释放而业务没有执行完，另一线程获得锁，但会因第一个线程最后的释放锁而受到影响

2、conn.setnx和con.expire应该用lua脚本，保证其原子操作，上述代码就明显错误了，如果conn.setnx执行完后，redis服务器宕机了那么会导致锁永远无法释放

接着看一下释放锁

/** 
*
* @param identifierValue 锁的value 
*/  
public void unRedisLock(String identifierValue) {  
  Jedis conn = null; 
  conn = jedisPool.getResource();
  try {
    if (conn.get(redislockKey).equals(identifierValue)) { 
      System.out.println("释放锁" + Thread.currentThread().getName() + ",identifierValue: " + identifierValue);  
      conn.del(redislockKey);
    } 
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  } finally { 
    if (conn != null) {
      conn.close();
    } 
  }
}

此处同样要用lua脚本来保证conn.get和conn.del的原子性操作，如果执行到conn.get后刚好锁过期了，而另一线程获得锁，但conn.del会把锁删掉，虽然判断了锁的value后再删除仍会出现一个线程删除了另一线程获得的锁

文章转载自

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0OTk3ODQ3Ng==&mid=2247483893&idx=1&sn=32e7051116ab60e41f72e6c6e29876d9&chksm=fba6e9f6ccd160e0c9fa2ce4ea1051891482a95b1483a63d89d71b15b33afcdc1f2bec17c03c&mpshare=1&scene=1&srcid=0416Kx8ryElbpy4xfrPkSSdB&key=1eff032c36dd9b3716bab5844171cca99a4ea696da85eed0e4b2b7ea5c39a665110b82b4c975d2fd65c396e91f4c7b3e8590c2573c6b8925de0df7daa886be53d793e7f06b2c146270f7c0a5963dd26a&ascene=1&uin=MTg2ODMyMTYxNQ%3D%3D&devicetype=Windows+10&version=62060739&lang=zh_CN&pass_ticket=y1D2AijXbuJ8HCPhyIi0qPdkT0TXqKFYo%2FmW07fgvW%2FXxWFJiJjhjTsnInShv0ap