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詳解Redis分布式鎖的原理與實(shí)現(xiàn)_Redis

作者：溫故知新之java ? 更新時(shí)間： 2022-08-15 編程語言

前言

在單體應(yīng)用中，如果我們對(duì)共享數(shù)據(jù)不進(jìn)行加鎖操作，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問題，我們的解決辦法通常是加鎖。在分布式架構(gòu)中，我們同樣會(huì)遇到數(shù)據(jù)共享操作問題，此時(shí)，我們就需要分布式鎖來解決問題，下面我們一起聊聊使用redis來實(shí)現(xiàn)分布式鎖。

使用場景

  • 庫存超賣 比如 5個(gè)筆記本 A 看 準(zhǔn)備買3個(gè) B 買2個(gè) C 4個(gè) 一下單 3+2+4 =9
  • 防止用戶重復(fù)下單
  • MQ消息去重
  • 訂單操作變更

為什么要使用分布式鎖

從業(yè)務(wù)場景來分析，有一個(gè)共性，共享資源的競爭，比如庫存商品，用戶，消息，訂單等，這些資源在同一時(shí)間點(diǎn)只能有一個(gè)線程去操作，并且在操作期間，禁止其他線程操作。要達(dá)到這個(gè)效果，就要實(shí)現(xiàn)共享資源互斥，共享資源串行化。其實(shí)，就是對(duì)共享資源加鎖的問題。在單應(yīng)用（單進(jìn)程多線程）中使用鎖，我們可以使用synchronize、ReentrantLock等關(guān)鍵字，對(duì)共享資源進(jìn)行加鎖。在分布式應(yīng)用（多進(jìn)程多線程）中，分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)之間同步訪問共享資源的一種方式。

如何使用分布式鎖

流程圖

分布式鎖的狀態(tài)

  • 客戶端通過競爭獲取鎖才能對(duì)共享資源進(jìn)行操作
  • 當(dāng)持有鎖的客戶端對(duì)共享資源進(jìn)行操作時(shí)
  • 其他客戶端都不可以對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行操作
  • 直到持有鎖的客戶端完成操作

分布式鎖的特點(diǎn)

互斥性

在任意時(shí)刻，只有一個(gè)客戶端可以持有鎖（排他性）

高可用，具有容錯(cuò)性

只要鎖服務(wù)集群中的大部分節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行，客戶端就可以進(jìn)行加鎖解鎖操作

避免死鎖

具備鎖失效機(jī)制，鎖在一段時(shí)間之后一定會(huì)釋放。（正常釋放或超時(shí)釋放）

加鎖和解鎖為同一個(gè)客戶端

一個(gè)客戶端不能釋放其他客戶端加的鎖了

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式（以redis分布式鎖實(shí)現(xiàn)為例）

簡單版本

/**
 * 簡單版本
 * @author:liyajie
 * @createTime:2022/6/22 15:42
 * @version:1.0
 */
public class SimplyRedisLock {
    // Redis分布式鎖的key
    public static final String REDIS_LOCK = "redis_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"redis_lock"，value隨機(jī)生成
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 加鎖
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value);
            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失??！";
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            // 業(yè)務(wù)邏輯
            String result = template.opsForValue().get("001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("001", String.valueOf(realTotal));
                // 如果在搶到所之后，刪除鎖之前，發(fā)生了異常，鎖就無法被釋放，
                // 釋放鎖操作不能在此操作，要在finally處理
                // template.delete(REDIS_LOCK);
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗");
            }
            return "購買商品失敗";
        }finally {
            // 釋放鎖
            template.delete(REDIS_LOCK);
        }
    }   
}

該種實(shí)現(xiàn)方案比較簡單，但是有一些問題。假如服務(wù)運(yùn)行期間掛掉了，代碼完成了加鎖的處理，但是沒用走的finally部分，即鎖沒有釋放，這樣的情況下，鎖是永遠(yuǎn)沒法釋放的。于是就有了改進(jìn)版本。

進(jìn)階版本

/**
 * 進(jìn)階版本
 * @author:liyajie
 * @createTime:2022/6/22 15:42
 * @version:1.0
 */
public class SimplyRedisLock2 {
    // Redis分布式鎖的key
    public static final String REDIS_LOCK = "redis_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"redis_lock"，value隨機(jī)生成
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 加鎖
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L, TimeUnit.SECONDS);
            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失?。?;
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            // 業(yè)務(wù)邏輯
            String result = template.opsForValue().get("001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("001", String.valueOf(realTotal));
                // 如果在搶到所之后，刪除鎖之前，發(fā)生了異常，鎖就無法被釋放，
                // 釋放鎖操作不能在此操作，要在finally處理
                // template.delete(REDIS_LOCK);
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗");
            }
            return "購買商品失敗";
        }finally {
            // 釋放鎖
            template.delete(REDIS_LOCK);
        }
    }   
}

這種實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)key增加了一個(gè)過期時(shí)間，這樣即使服務(wù)掛掉，到了過期時(shí)間之后，鎖會(huì)自動(dòng)釋放。但是仔細(xì)想想，還是有問題。比如key值的過期時(shí)間為10s，但是業(yè)務(wù)處理邏輯需要15s的時(shí)間，這樣就會(huì)導(dǎo)致某一個(gè)線程處理完業(yè)務(wù)邏輯之后，在釋放鎖，即刪除key的時(shí)候，刪除的key不是自己set的，而是其他線程設(shè)置的，這樣就會(huì)造成數(shù)據(jù)的不一致性，引起數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，從而影響業(yè)務(wù)。還需要改進(jìn)。

進(jìn)階版本2-誰設(shè)置的鎖，誰釋放

/**
 * 進(jìn)階版本2-誰設(shè)置的鎖，誰釋放
 * @author:liyajie
 * @createTime:2022/6/22 15:42
 * @version:1.0
 */
public class SimplyRedisLock3 {
    // Redis分布式鎖的key
    public static final String REDIS_LOCK = "redis_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"redis_lock"，value隨機(jī)生成
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 加鎖
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L, TimeUnit.SECONDS);
            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失敗！";
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            // 業(yè)務(wù)邏輯
            String result = template.opsForValue().get("001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("001", String.valueOf(realTotal));
                // 如果在搶到所之后，刪除鎖之前，發(fā)生了異常，鎖就無法被釋放，
                // 釋放鎖操作不能在此操作，要在finally處理
                // template.delete(REDIS_LOCK);
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗");
            }
            return "購買商品失敗";
        }finally {
            // 誰加的鎖，誰才能刪除?。。?！
            if(template.opsForValue().get(REDIS_LOCK).equals(value)){
                template.delete(REDIS_LOCK);
            }
        }
    }   
}

這種方式解決了因業(yè)務(wù)復(fù)雜，處理時(shí)間太長，超過了過期時(shí)間，而釋放了別人鎖的問題。還會(huì)有其他問題嗎？其實(shí)還是有的，finally塊的判斷和del刪除操作不是原子操作，并發(fā)的時(shí)候也會(huì)出問題，并發(fā)就是要保證數(shù)據(jù)的一致性，保證數(shù)據(jù)的一致性，最好要保證對(duì)數(shù)據(jù)的操作具有原子性。于是還是要改進(jìn)。

進(jìn)階版本3-Lua版本

/**
 * 進(jìn)階版本-Lua版本
 * @author:liyajie
 * @createTime:2022/6/22 15:42
 * @version:1.0
 */
public class SimplyRedisLock3 {
    // Redis分布式鎖的key
    public static final String REDIS_LOCK = "redis_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"redis_lock"，value隨機(jī)生成
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 加鎖
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L, TimeUnit.SECONDS);
            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失?。?;
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            // 業(yè)務(wù)邏輯
            String result = template.opsForValue().get("001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("001", String.valueOf(realTotal));
                // 如果在搶到所之后，刪除鎖之前，發(fā)生了異常，鎖就無法被釋放，
                // 釋放鎖操作不能在此操作，要在finally處理
                // template.delete(REDIS_LOCK);
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗");
            }
            return "購買商品失敗";
        }finally {
            // 誰加的鎖，誰才能刪除，使用Lua腳本，進(jìn)行鎖的刪除
            Jedis jedis = null;
            try{
                jedis = RedisUtils.getJedis();
                String script = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] " +
                        "then " +
                        "return redis.call('del',KEYS[1]) " +
                        "else " +
                        "   return 0 " +
                        "end";

                Object eval = jedis.eval(script, Collections.singletonList(REDIS_LOCK), Collections.singletonList(value));
                if("1".equals(eval.toString())){
                    System.out.println("-----del redis lock ok....");
                }else{
                    System.out.println("-----del redis lock error ....");
                }
            }catch (Exception e){

            }finally {
                if(null != jedis){
                    jedis.close();
                }
            }
        }
    }   
}

這種方式，規(guī)定了誰上的鎖，誰才能刪除，并且解決了刪除操作沒有原子性問題。但還沒有考慮緩存，以及Redis集群部署下，異步復(fù)制造成的鎖丟失：主節(jié)點(diǎn)沒來得及把剛剛set進(jìn)來這條數(shù)據(jù)給從節(jié)點(diǎn)，就掛了。所以還得改進(jìn)。

終極進(jìn)化版

/**
 * 終極進(jìn)化版
 * @author:liyajie
 * @createTime:2022/6/22 15:42
 * @version:1.0
 */
public class SimplyRedisLock5 {
    // Redis分布式鎖的key
    public static final String REDIS_LOCK = "redis_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @Autowired
    Redisson redisson;

    public String index(){

        RLock lock = redisson.getLock(REDIS_LOCK);
        lock.lock();
        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"redis_lock"
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try {
            String result = template.opsForValue().get("001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                // 如果在此處需要調(diào)用其他微服務(wù)，處理時(shí)間較長。。。
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("001", String.valueOf(realTotal));
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗");
            }
            return "購買商品失敗";
        }finally {
            if(lock.isLocked() && lock.isHeldByCurrentThread()){
                lock.unlock();
            }
        }
    }   
}

這種實(shí)現(xiàn)方案，底層封裝了多節(jié)點(diǎn)redis實(shí)現(xiàn)的分布式鎖算法，有效防止單點(diǎn)故障，感興趣的可以去研究一下。

總結(jié)

分析問題的過程，也是解決問題的過程，也能鍛煉自己編寫代碼時(shí)思考問題的方式和角度。

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7111981349166120968

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