实现一个 Redis 分布式锁

曾是然 2020/7/28 5:03:44

前言 在我们日常开发中,难免会遇到要加锁的情景。例如扣除产品库存,首先要从数据库中取出库存,进行库存判断,再减去库存。这一波操作明显不符合原子性,如果代码块不加锁,很容易因为并发导致超卖问题。咱们的系统如果是单体架构,那我们使用本地锁就可以解决问题。如…

前言

在我们日常开发中,难免会遇到要加锁的情景。例如扣除产品库存,首先要从数据库中取出库存,进行库存判断,再减去库存。这一波操作明显不符合原子性,如果代码块不加锁,很容易因为并发导致超卖问题。咱们的系统如果是单体架构,那我们使用本地锁就可以解决问题。如果是分布式架构,就需要使用分布式锁。

方案

使用 SETNX 和 EXPIRE 命令

  • SETNX key value
  • EXPIRE key seconds
  • DEL key
if (setnx("item_1_lock", 1)) {
    expire("item_1_lock", 30);
    try {
        ... 逻辑
    } catch {
        ...
    } finally {
        del("item_1_lock");
    }
}

这种方法看起来可以解决问题,但是有一定的风险,因为 SETNXEXPIRE 这波操作是非原子性的,如果 SETNX 成功之后,出现错误,导致 EXPIRE 没有执行,导致锁没有设置超时时间形成死锁。

针对这种情况,我们可以使用 lua 脚本来保持操作原子性,保证 SETNXEXPIRE 两个操作要么都成功,要么都不成功。

if (redis.call('setnx', KEYS[1], ARGV[1]) < 1)
then return 0;
end;
redis.call('expire', KEYS[1], tonumber(ARGV[2]));
return 1;

通过这样的方法,我们初步解决了竞争锁的原子性问题,虽然其他功能还未实现,但是应该不会造成死锁 🤪🤪🤪。

Redis 2.6.12 以上可灵活使用 SET 命令

  • SET key value NX EX 30
  • DEL key
if (set("item_1_lock", 1, "NX", "EX", 30)) {
    try {
        ... 逻辑
    } catch {
        ...
    } finally {
        del("item_1_lock");
    }
}

改进后的方法不需要借助 lua 脚本就解决了 SETNXEXPIRE 的原子性问题。现在我们再仔细琢磨琢磨,如果 A 拿到了锁顺利进入代码块执行逻辑,但是由于各种原因导致超时自动释放锁。在这之后 B 成功拿到了锁进入代码块执行逻辑,但此时如果 A 执行逻辑完毕再来释放锁,就会把 B 刚获得的锁释放了。就好比用自己家的钥匙开了别家的门,这是不可接受的。

为了解决这个问题我们可以尝试在 SET 的时候设置一个锁标识,然后在 DEL 的时候验证当前锁是否为自己的锁。

String value = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "");
if (set("item_1_lock", value, "NX", "EX", 30)) {
    try {
        ... 逻辑
    } catch {
        ...
    } finally {
        ... lua 脚本保证原子性
    }
}
if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1])
then return redis.call('del', KEYS[1])
else return 0
end

到这里,我们终于解决了竞争锁的原子性问题和误删锁问题。但是锁一般还需要支持可重入、循环等待和超时自动续约等功能点。下面我们学习使用一个非常好用的包来解决这些问题 👏👏👏。

入门 Redisson

Redission 的锁,实现了可重入和超时自动续约功能,它都帮我们封装好了,我们只要按照自己的需求调用它的 API 就可以轻松实现上面所提到的几个功能点。详细功能可以查看 Redisson 文档

在项目中安装 Redisson

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.13.2</version>
</dependency>
implementation 'org.redisson:redisson:3.13.2'

用 Maven 或者 Gradle 构建,目前最新版本为 3.13.2,也可以在这里 Redisson 找到你需要的版本。

简单尝试

RedissonClient redissonClient = Redisson.create();
RLock lock = redissonClient.getLock("lock");
boolean res = lock.lock();
if (res) {
   try {
     ... 逻辑
   } finally {
       lock.unlock();
   }
}

Redisson 将底层逻辑全部做了一个封装 📦,我们无需关心具体实现,几行代码就能使用一把完美的锁。下面我们简单折腾折腾源码 🤔🤔🤔。

加锁

private void lock(long leaseTime, TimeUnit unit, boolean interruptibly) throws InterruptedException {
    // 获取当前线程 id
    long threadId = Thread.currentThread().getId();

    // 尝试获取锁
    Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);

    // 获取成功直接返回
    if (ttl == null) {
        return;
    }

    // 获取失败,订阅锁对应的频道
    RFuture<RedissonLockEntry> future = subscribe(threadId);


    if (interruptibly) {
        commandExecutor.syncSubscriptionInterrupted(future);
    } else {
        commandExecutor.syncSubscription(future);
    }

    try {
        while (true) {
            // 再次尝试获取锁
            ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
            // 获取成功直接返回
            if (ttl == null) {
                break;
            }

            // 等待 ttl 时间后继续获取
            if (ttl >= 0) {
                try {
                    future.getNow().getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
                } catch (InterruptedException e) {
                    if (interruptibly) {
                        throw e;
                    }
                    future.getNow().getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            } else {
                if (interruptibly) {
                    future.getNow().getLatch().acquire();
                } else {
                    future.getNow().getLatch().acquireUninterruptibly();
                }
            }
        }
    } finally {
        // 取消频道订阅
        unsubscribe(future, threadId);
    }
}

获取锁

private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
    // 如果设置了锁过期时间,则按普通方式获取锁
    if (leaseTime != -1) {
        return tryLockInnerAsync(leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    }
    
    // 如果没有设置锁过期时间,则开启自动续约功能,先设置 30 秒过期时间
    RFuture<Long> ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
        // 有错误直接返回
        if (e != null) {
            return;
        }

        // 获取锁
        if (ttlRemaining == null) {
            // 开启自动续约
            scheduleExpirationRenewal(threadId);
        }
    });
    return ttlRemainingFuture;
}
<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
    internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);

    return evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
            /**
             * 锁不存在,使用 hincrby 创建新 hash 表以及给锁计数自增 1,并设置过期时间
             * 锁存在并且属于当前线程,给锁计数自增 1,并设置过期时间
             * 锁存在但是不属于当前线程,返回锁过期时间
             **/
            "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
                    "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                    "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                    "return nil; " +
                    "end; " +
                    "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
                    "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                    "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                    "return nil; " +
                    "end; " +
                    "return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
            Collections.singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}

删除锁

public RFuture<Void> unlockAsync(long threadId) {
    RPromise<Void> result = new RedissonPromise<Void>();
    
    // 解锁逻辑
    RFuture<Boolean> future = unlockInnerAsync(threadId);

    future.onComplete((opStatus, e) -> {
        // 取消刷新过期时间的定时任务
        cancelExpirationRenewal(threadId);
        
        if (e != null) {
            result.tryFailure(e);
            return;
        }
        
        // 解锁线程和锁不是同一个线程,抛错
        if (opStatus == null) {
            IllegalMonitorStateException cause = new IllegalMonitorStateException("attempt to unlock lock, not locked by current thread by node id: "
                    + id + " thread-id: " + threadId);
            result.tryFailure(cause);
            return;
        }

        result.trySuccess(null);
    });

    return result;
}
protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
    return evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
            /**
             * 判断锁是否属于当前线程,不属于直接返回
             * 锁计数减去 1,如果锁计数还大于 0,则设置过期时间,否则释放锁并发布锁释放消息
             **/
            "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
                    "return nil;" +
                    "end; " +
                    "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
                    "if (counter > 0) then " +
                    "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
                    "return 0; " +
                    "else " +
                    "redis.call('del', KEYS[1]); " +
                    "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
                    "return 1; " +
                    "end; " +
                    "return nil;",
            Arrays.asList(getName(), getChannelName()), LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}

总结

使用 Redis 做分布式锁来解决并发问题仍存在一些困难,也有很多需要注意的点,我们应该正确评估系统的体量,不能为了使用某项技术而用。要完全解决并发问题,仍需要在数据库层面做功夫。🧐🧐🧐

随时随地学软件编程-关注百度小程序和微信小程序
关于找一找教程网

本站文章仅代表作者观点,不代表本站立场,所有文章非营利性免费分享。
本站提供了软件编程、网站开发技术、服务器运维、人工智能等等IT技术文章,希望广大程序员努力学习,让我们用科技改变世界。
[实现一个 Redis 分布式锁]http://www.zyiz.net/tech/detail-145169.html

上一篇:蜻蜓点水说说Redis的String的奥秘

下一篇:Redis 6.0 除了多线程,别忘了这个牛逼特性!

赞(0)

共有 条评论 网友评论

验证码: 看不清楚?
    关注微信小程序
    程序员编程王-随时随地学编程

    扫描二维码或查找【程序员编程王】

    可以随时随地学编程啦!

    技术文章导航 更多>
    扫一扫关注最新编程教程