Redis分布式锁的正确使用姿势

前言

分布式锁在日常开发中,用处非常的多。包括但不限于抢红包,秒杀,支付下单,幂等,等等场景。

分布式锁的实现方式有多种,包括redis实现,mysql实现,zookeeper实现等等。而其中redis非常适合作为分布式锁使用,并且在各个公司都大规模的使用。

本文将由浅入深的探究Redis分布式锁的实现,最终实现一个可工业使用的Redis分布式锁。欢迎大家一步一步跟读,一起学习一起进步。

什么是分布式锁

分布式锁其实就是,控制分布式系统不同进程共同访问共享资源的一种锁的实现。如果不同的系统或同一个系统的不同主机之间共享了某个临界资源,往往需要互斥来防止彼此干扰,以保证一致性。

举一个最简单的例子。有一个数据库字段status=0,表示初始状态。只有在status=0初始状态。才能修改这个值。现在有两个人,张三和李四。

  • 张三,发起请求将status=0 修改为 status=1
  • 李四,发起请求将status=0 修改为 status=2

因为只有status=0才会修改,代码在修改之前都会去查询status的值,并且判断是否为0。如果为0才会去更新,不为0,则拒绝更新。这其实就是一个幂等的实现。

  • 假如没有分布式锁。短时间内请求两次,此时两次都获取status=0,一个修改成了1,一个修改成了2。破坏代码逻辑,有问题
  • 假如加上分布式锁。短时间内请求两次,只有第一笔请求结束之后,第二笔才会执行。也就是第二笔获取status,只能获取到最新的值,比如status=1,则不修改。

Redis分布式锁方案一:SETNX (不推荐)

java 复制代码
public String lockA(String key) {
	String val = UUID.randomUUID().toString();
	// set k  v  nx  如果不存在则设置成功,如果存在则设置失败
	boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, val);
	if (success) {
		log.info("lock success");
		try {
			// do something
		} finally {
			stringRedisTemplate.delete(key);
		}

	} else {
		log.info("lock fail");
	}

	return "lockA";
}

这个方案有一个最大的问题就是,如果线程A获取锁成功,并没有设置过期时间。那么如果此时doSomething里面是一个死循环或者程序在期间重启了,就会导致这个锁就不会被释放,那么别的线程永远获取不到锁啦。这个问题非常严重,对业务影响极大。不推荐使用。

Redis分布式锁方案二:SETNX + expire (不推荐)

那既然没有过去时间,我就设置一个过期时间不就行了,代码如下。

java 复制代码
public String lockB(String key) {
	String val = UUID.randomUUID().toString();

	// set k  v  nx  如果不存在则设置成功,如果存在则设置失败
	boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, val);
	stringRedisTemplate.expire(key, 60, TimeUnit.SECONDS);
	if (success) {
		log.info("lock success");
		try {
			// do something
		} finally {
			stringRedisTemplate.delete(key);
		}

	} else {
		log.info("lock fail");
	}

	return "lockB";
}

这个方案2和方案1有同样的问题。setnx 和 expire不是一个原子执行。在获取锁成功之后,准备执行expire的时候,程序重启,也会导致同样方案1的问题,此处不再赘述。不推荐使用。

Redis分布式锁方案三:SET EX NX (不推荐)

那既然不是原子性,我们就用原子性就好了。从redis 2.6.12开始,set方法支持 set ex nx

java 复制代码
public String lockB(String key) {
	String val = UUID.randomUUID().toString();

	// set k  v ex  nx  如果不存在则设置成功,如果存在则设置失败
	boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, val, 60, TimeUnit.SECONDS);
	if (success) {
		log.info("lock success");
		try {
			// do something
		} finally {
			stringRedisTemplate.delete(key);
		}

	} else {
		log.info("lock fail");
	}

	return "lockB";
}

从方案三开始,此代码就比较有健壮性了。有部分公司使用的就是方案三,但仍然存在两个问题

  • doSomething还没执行完,锁过期就被自动释放了。那么其他线程就可以获取此锁了。就会导致此代码块可能被多个线程执行。当然使用的时候可以把过期时间设置大一点,比如60分钟,3个小时等等,但总归不太好。
  • 线程A获取锁,没执行完成,锁过期了。此时线程B获取锁执行了。然后A执行完成去释放锁的时候,但他释放的是线程B获取的锁,此时是有问题的,并且问题还不小。同样不推荐使用。

Redis分布式锁方案四: (推荐)

既然时间太短,我就设置过期时间长一点。既然会被误删,我们就判断一下。代码如下

java 复制代码
public String lockD(String key) {
	String val = UUID.randomUUID().toString();

	// set k  v  nx  如果不存在则设置成功,如果存在则设置失败
	boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, val, 60, TimeUnit.MINUTES);
	if (success) {
		log.info("lock success");
		try {
			// do something
		} finally {
			if (val.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key))) {
				stringRedisTemplate.delete(key);
			}

			// String script = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
			// DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
			// redisScript.setScriptText(script);
			// redisScript.setResultType(Long.class);
			// return stringRedisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(key));

		}

	} else {
		log.info("lock fail");
	}

	return "lockD";
}

大部分公司,我相信使用的都是方案四。方案四正常来说,在使用过程中极大概率不会出现任何问题,除非你们的量非常的大。但其仍有问题,finally删除锁的那块不是原子性。

比如线程A获取锁成功uuid=123, 释放成功。线程B获取锁,uuid=456,锁过期,自动释放。

此时A再次获取锁,uuid=456(恰巧是456,概率非常低)。那么A就会释放B的锁。因此为了更加严谨一点,我们使用lua脚本来保证,判断+删除的原子性。

方案四已经符合绝大多数公司的使用了,但其不好估计的过期时间,以及释放的原子性,仍 概率性的存在问题。所以社区为了解决此问题,有了以下方案。

Redis分布式锁方案五: Redission方案 (推荐)

Redisson官网介绍: Easy Redis Java client with features of an in-memory data grid(易于使用的 Redis Java 客户端,具备内存数据网格的特性)

Redisson 是一个基于 Java 的 Redis 客户端库,它提供了一系列的高级功能,使得在 Java 应用程序中使用 Redis 变得更加方便和强大。Redisson 的目标是充分利用 Redis 的各种特性,同时提供易于使用的 Java 接口。

RedissonClient 是 Java 中 Redisson 库提供的一个接口,它封装了对 Redis 数据库的各种操作,提供了丰富的方法来与 Redis 进行交互。Redisson 是一个在 Redis 的基础上实现的 Java 内存数据网格(In-Memory Data Grid)。它不仅提供了对基本数据结构的操作,还提供了分布式的 Java 对象和服务,例如分布式锁、集合、映射、发布/订阅、计数器等。

我们这次使用到的是redission的分布式锁。

java 复制代码
// 获取锁  
public String lockE(String key) {

	// 获取锁
	RLock lock = redissonClient.getLock(key);
	try {
		// 获取锁。此处30s不是指执行30s,而是获取锁的超时时间
		if (lock.tryLock(30, TimeUnit.SECONDS)) {
			log.info("lock success");
		}
	} catch (Exception e) {
		
	} finally {
		if (lock != null && lock.isHeldByCurrentThread()) {
			lock.unlock();
		}
	}

	return "lockE";
}

此方案基本适用于99.99%的公司,当然可能会出现Redlock的问题,此处不过多讨论,感兴趣的同学可以网上自行搜索。

只要线程加锁成功,默认过期时间是30s。后台会自动启动一个watch dog看门狗,它是一个后台线程,会每隔10秒检查一下,如果线程还持有锁,那么就会不断的延长锁key的生存时间。因此,Redisson就是使用Redisson解决了锁过期释放,业务没执行完问题。

具体Redission常见问题,以及源码分析,可以详见: Redis分布式锁实现Redisson 15问(面试常问)

最后

本文由浅入深的介绍了分布式锁。解释了为什么大部分公司用的都是方案四以及方案五的实现,而不是方案1,2,3。我们需要知道每个方案的优劣势,从而选出最适合我们业务的一种技术方案,这是每个架构师都应该具备的一种能力。