Redis（十七）分布式锁

Lucky_Turtle2024-03-07 9:36

文章目录

面试题

基于Redis的什么用法?

  1. 数据共享，分布式Session
  2. 分布式锁
  3. 全局ID
  4. 计算器、点赞
  5. 位统计
  6. 购物车
  7. 轻量级消息队列
  8. 抽奖
  9. 回来的题目
  10. 点赞、签到、打卡
  11. 差集交集并集，用户关注、可能认识的人，推荐模型
  12. 热点新闻、热搜排行榜
  • Redis 做分布式锁的时候有需要注意的问题?
  • 你们公司自己实现的分布式锁是否用的setnx命令实现?

不可以

  • 这个是最合适的吗?你如何考虑分布式锁的可重入问题?
  • 如果是 Redis 是单点部署的，会带来什么问题?那你准备怎么解决单点问题呢?
  • Redis集群模式下，比如主从模式，CAP方面有没有什么问题呢?

CAP：

C：一致性：在分布式系统中的任意一个节点都会查询到相同的信息（拿到的都是最新的）

A：可用性：服务一直可用，而且是正常响应时间，好的可用性主要是指系统能够很好的为用户服务，不出现用户操作失败或者访问超时等用户体验不好的情况。（只要我访问你就给我返回，如果要满足分布式（P），机器之间网络断掉的话，直接和C冲突）

P：分区容错性：当分布式系统中一部分节点崩溃的时候，当前系统仍旧能够正常对外提供服务（多台机器，分布式，不满足P就是单机么）

Redis集群：是AP，Redis单机是C，一致性

区别Zookeeper集群：是CP，全部节点收到后返回ack

  • 那你简单的介绍-下 Redlock吧?你简历上写redisson，你谈谈
  • Redis分布式锁如何续期?看门狗知道吗?

分布式锁

JUC中AQS锁的规范落地参考+可重入锁考虑+Lua脚本+Redis命令实现分布式锁

锁的种类

  1. 单机版同一个M虚拟机内，synchronized或者Lock接口
  2. 分布式多个不同M虚拟机，单机的线程锁机制不再起作用，资源类在不同的服务器之间共享了。

分布式锁需要具备的条件和刚需

  1. 独占性：OnlyOne，任何时刻只能有且仅有一个线程持有
  2. 高可用：若redis集群环境下，不能因为某一个节点挂了而出现获取锁和释放锁失败的情况；高并发请求下，依旧高性能
  3. 防死锁：杜绝死锁，必须有超时控制机制或者撤销操作，有个兜底终止跳出方案
  4. 不乱抢：防止张冠李戴，不能私下unlock别人的锁，只能自己加锁自己释放，自己约的锁含着泪也要自己解
  5. 重入性：同一个节点的同一个线程如果获得锁之后，它也可以再次获取这个锁。

分布式锁

案例

nginx分布式微服务部署，单机锁问题

分布式部署后，单机锁还是出现超卖现象，需要分布式锁

分布式锁注意事项

  1. 重试：递归重试，容易导致stackoverflowerror
  2. 宕机-防止死锁：部署了微服务的Java程序机器挂了，代码层面根本没有走到finally这块
  3. 防止误删key：stringRedisTemplate.delete(key);只能自己删除自己的锁，不可以删除别人的，需要添加判断
  4. Lua保证原子性：存在问题就是最后的判断+del不是一行原子命令操作，需要用lua脚本进行修改
  5. 可重入锁+设计模式：不满足可重入性

lock/unlock+lua脚本自研版的redis分布式锁搞定

lua脚本

https://redis.io/docs/reference/patterns/distributed-locks/


使用示例


可重入锁

可重入锁（递归锁）：可以再次进入的同步锁

进入：进入同步域（即同步代码块/方法或显式锁定的代码）

一句话：一个线程中的多个流程可以获取同一把锁，持有这把同步锁可以再次进入

可重入锁种类

  1. 隐式锁(即synchronized关键字使用的锁)默认是可重入锁
java 复制代码 
//同步块
public class ReEntryLockDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        final Object objectLockA = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized (objectLockA)
            {
                System.out.println("-----外层调用");
                synchronized (objectLockA)
                {
                    System.out.println("-----中层调用");
                    synchronized (objectLockA)
                    {
                        System.out.println("-----内层调用");
                    }
                }
            }
        },"a").start();
    }
}
  1. Synchronized的重入的实现机理
java 复制代码 
//同步方法
public class ReEntryLockDemo
{
    public synchronized void m1()
    {
        System.out.println("-----m1");
        m2();
    }
    public synchronized void m2()
    {
        System.out.println("-----m2");
        m3();
    }
    public synchronized void m3()
    {
        System.out.println("-----m3");
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        ReEntryLockDemo reEntryLockDemo = new ReEntryLockDemo();

        reEntryLockDemo.m1();
    }
}
  1. 显式锁(即Lock)也有ReentrantLock这样的可重入锁。
java 复制代码 
//显式锁
public class ReEntryLockDemo
{
    static Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args)
    {
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try
            {
                System.out.println("----外层调用lock");
                lock.lock();
                try
                {
                    System.out.println("----内层调用lock");
                }finally {
                    // 这里故意注释，实现加锁次数和释放次数不一样
                    // 由于加锁次数和释放次数不一样，第二个线程始终无法获取到锁，导致一直在等待。
                    lock.unlock(); // 正常情况，加锁几次就要解锁几次
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        },"a").start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try
            {
                System.out.println("b thread----外层调用lock");
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        },"b").start();

    }
}

切记，一般而言，你lock了几次就要unlock几次

java 复制代码 
public class ReEntryLockDemo
{
	Lock lock = new ReentrantLock();
    public void entry()
    {
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"外层调用lock");
                lock.lock();
                try
                {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"内层调用lock");
                }finally {
                	//这里不解锁，已经加了两次锁
                    //lock.unlock();
                }
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        },"t1").start();

        //暂停毫秒
        try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try
            {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"外层调用lock");
            }finally {
                lock.unlock();
            }

        },"t2").start();
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        ReEntryLockDemo demo = new ReEntryLockDemo();
        demo.entry();
        //在一个Synchronized修饰的方法或代码块的内部调用本类的其他Synchronized修饰的方法或代码块时，是永远可以得到锁的
    }
}

可重入锁hset实现，对比setnx（重要）

可重入锁模拟redis

hset redis锁名字(zzyyRedisLock) 某个请求线程的UUID+ThreadID 加锁的次数

setnx：只能解决有无的问题 ，但是不完美

hset：不但解决有无，还解决可重入问题

分布式锁需要具备的条件和刚需

  1. 独占性
  2. 高可用
  3. 防死锁
  4. 不乱抢

lua脚本

shell 复制代码 
|-先判断redis分布式锁这个key是否存在EXISTS key
	|-key不存在：返回零说明不存在，hset新建当前线程属于自己的锁BY UUID:ThreadlD 
	|-key存在：返回壹说明已经有锁，需进一步判断是不是当前线程自己的：HEXISTS key uuid:ThreadlD
		|-返回0说明不是自己的
		|-返回非0说明是自己的：自增1表示重入
  1. 显示参数版本
lua 复制代码 
if redis.call('exists','key') == 0 or redis.call('hexists','key','uuid:threadid') == 1 then
  redis.call('hincrby','key','uuid:threadid',1)
  redis.call('expire','key',30)
  return 1
else
  return 0
end
  1. 参数替换版本
名称 替换位置 示例值
key KEYS[1] testRedisLock
value ARGV[1] 2f586ae740a94736894ab9d51880ed9d:1
过期时间值 ARGV[2] 30 秒
lua 复制代码 
if redis.call('exists',KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then 
  redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[1],1) 
  redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) 
  return 1 
else
  return 0
end

工厂模式分布式锁

封装锁，使用工厂模式

java 复制代码 
@Component
public class RedisDistributedLock implements Lock
{
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    private String lockName;//KEYS[1]
    private String uuidValue;//ARGV[1]
    private long   expireTime;//ARGV[2]

	//注意这里
    public RedisDistributedLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String lockName, String uuid)
    {
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
        this.lockName = lockName;
        this.uuidValue = uuid+":"+Thread.currentThread().getId();
        this.expireTime = 30L;
    }

    @Override
    public void lock()
    {
        tryLock();
    }
    @Override
    public boolean tryLock()
    {
        try {tryLock(-1L,TimeUnit.SECONDS);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
        return false;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException
    {
        if(time == -1L)
        {
            String script =
                    "if redis.call('exists',KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then    " +
                            "redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[1],1)    " +
                            "redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2])    " +
                            "return 1  " +
                    "else   " +
                            "return 0 " +
                    "end";
            System.out.println("lockName:"+lockName+"\t"+"uuidValue:"+uuidValue);

            while(!stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script,Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue,String.valueOf(expireTime)))
            {
                //暂停60毫秒
                try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(60); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            }
            //新建一个后台扫描程序，来坚持key目前的ttl，是否到我们规定的1/2 1/3来实现续期
            renewExpire();
            return true;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void unlock()
    {
        System.out.println("unlock(): lockName:"+lockName+"\t"+"uuidValue:"+uuidValue);
        String script =
                "if redis.call('HEXISTS',KEYS[1],ARGV[1]) == 0 then    " +
                        "return nil  " +
                "elseif redis.call('HINCRBY',KEYS[1],ARGV[1],-1) == 0 then    " +
                        "return redis.call('del',KEYS[1])  " +
                "else    " +
                        "return 0 " +
                "end";
        // nil = false 1 = true 0 = false
        Long flag = stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime));

        if(null == flag)
        {
            throw new RuntimeException("this lock doesn't exists，o(╥﹏╥)o");
        }
    }

    private void renewExpire()
    {
        String script =
                "if redis.call('HEXISTS',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then     " +
                        "return redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) " +
                "else     " +
                        "return 0 " +
                "end";

        new Timer().schedule(new TimerTask()
        {
            @Override
            public void run()
            {
                if (stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime)))
                {
                    renewExpire();
                }
            }
        },(this.expireTime * 1000)/3);
    }

    //暂时用不到
    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException
    {

    }
    @Override
    public Condition newCondition()
    {
        return null;
    }
}

分布式锁工厂

java 复制代码 
@Component
public class DistributedLockFactory
{
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private String lockName;
    private String uuid;

    public DistributedLockFactory()
    {
        //uuid会变化，所以在类创建的时候就uuid放入内部，否则影响可重入性
        this.uuid = IdUtil.simpleUUID();
    }

    public Lock getDistributedLock(String lockType)
    {
        if(lockType == null) {
            return null;
        }

        if(lockType.equalsIgnoreCase("REDIS")){
            this.lockName = "zzyyRedisLock";
            return new RedisDistributedLock(stringRedisTemplate,lockName,uuid);
        }else if(lockType.equalsIgnoreCase("ZOOKEEPER")){
            this.lockName = "zzyyZookeeperLockNode";
            //TODO zookeeper版本的分布式锁
            return null;
        }else if(lockType.equalsIgnoreCase("MYSQL")){
            //TODO MYSQL版本的分布式锁
            return null;
        }

        return null;
    }
}

使用工厂锁

java 复制代码 
public String sale7()
    {
        String retMessage = "";

        Lock redisLock = distributedLockFactory.getDistributedLock("redis");
        redisLock.lock();
        try
        {
            //1 查询库存信息
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get("inventory001");
            //2 判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //3 扣减库存，每次减少一个
            if(inventoryNumber > 0)
            {
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("inventory001",String.valueOf(--inventoryNumber));
                retMessage = "成功卖出一个商品,库存剩余:"+inventoryNumber;
                System.out.println(retMessage+"\t"+"服务端口号"+port);
                testReEntry();
            }else{
                retMessage = "商品卖完了,o(╥﹏╥)o";
            }
        }finally {
            redisLock.unlock();
        }
        return retMessage+"\t"+"服务端口号"+port;
    }

自动续期

CAP再提起

CAP即：

1、Consistency（一致性）：对于客户端的每次读操作，要么读到的是最新的数据，要么读取失败。换句话说，一致性是站在分布式系统的角度，对访问本系统的客户端的一种承诺：要么我给您返回一个错误，要么我给你返回绝对一致的最新数据，不难看出，其强调的是数据正确。

2、Availability（可用性）：任何客户端的请求都能得到响应数据，不会出现响应错误。换句话说，可用性是站在分布式系统的角度，对访问本系统的客户的另一种承诺：我一定会给您返回数据，不会给你返回错误，但不保证数据最新，强调的是不出错。

3、Partition tolerance（分区容忍性）：由于分布式系统通过网络进行通信，网络是不可靠的。当任意数量的消息丢失或延迟到达时，系统仍会继续提供服务，不会挂掉。换句话说，分区容忍性是站在分布式系统的角度，对访问本系统的客户端的再一种承诺：我会一直运行，不管我的内部出现何种数据同步问题，强调的是不挂掉。

Redis集群是AP

Zookeeper集群是CP

Eureka集群是AP

Nacos集群是AP

总结

nginx微服务单机锁出现问题：只能锁本服务

引入分布式锁

  1. 只加了锁，没有释放锁，出异常的话，可能无法释放锁，必须要在代码层面fnallv释放锁
  2. 宕机了，部署了微服务代码层面根本没有走到fnally这块，没办法保证解锁，这个key没有被删除，需要有lockKey的过期时间设定
  3. redis的分布式锁key，增加过期时间此外，还必须要setnx+过期时间必须同一行
    1. 必须规定只能自己删除自己的锁，不能把别人的锁删除了unlock变为Lua脚本保证
    2. 锁重入，hset替代setnx+lock变为Lua脚本保证
    3. 自动续期
相关推荐
zquwei4 小时前
SpringCloudGateway+Nacos注册与转发Netty+WebSocket
java·网络·分布式·后端·websocket·网络协议·spring
道一云黑板报8 小时前
Flink集群批作业实践：七析BI批作业执行
大数据·分布式·数据分析·flink·kubernetes
DT辰白8 小时前
基于Redis的网关鉴权方案与性能优化
数据库·redis·缓存
木子七9 小时前
Redis-十大数据类型
redis
飞来又飞去9 小时前
kafka sasl和acl之间的关系
分布式·kafka
MZWeiei10 小时前
Zookeeper的监听机制
分布式·zookeeper
莹雨潇潇10 小时前
Hadoop完全分布式环境部署
大数据·hadoop·分布式
黄油饼卷咖喱鸡就味增汤拌孜然羊肉炒饭11 小时前
聊聊volatile的实现原理？
java·jvm·redis
浩哲Zhe11 小时前
RabbitMQ
java·分布式·rabbitmq
明达技术12 小时前
分布式 IO 模块：赋能造纸业，革新高速纸机主传动
分布式
热门推荐
01Cube-Studio：开源大模型全链路一站式中台02ARM学习（31）编译器对overlay方式的支持03玄机平台应急响应—webshell查杀04Ubuntu 20.04使用Livox mid 360 测试 FAST_LIO05校验 GPT-4 真实性的三个经典问题：快速区分 GPT-3.5 与 GPT-4，并提供免费测试网站06Docker 夺命连环 15 问07构建高效的广告投放系统：应用架构的设计与实现08基于大语言模型（LLM）的合成数据生成、策展和评估的综述09(欧拉)openEuler系统添加网卡文件配置流程、(欧拉)openEuler系统手动配置ipv6地址流程、(欧拉)openEuler系统网络管理说明10【一文读懂】NTN（非地面网络）技术介绍