Redis(十七)分布式锁

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
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