Redis实战——分布式锁&Redisson

目录

• 分布式锁
• • 基本原理和实现方式对比
  • Redis分布式锁的实现核心思路
  • 实现分布式锁
  • Redis分布式锁误删情况说明
  • 解决Redis分布式锁误删问题
  • 分布式锁的原子性问题
  • Lua脚本解决多条命令原子性问题
  • 利用Java代码调用Lua脚本改造分布式锁
• 分布式锁-Redisson
• • 基于SETNX实现的分布式锁存在以下问题
  • 什么是Redisson呢
  • Redisson入门
  • Redisson可重入锁原理
  • Redisson锁重试和WatchDog机制
  • Redisson锁的MutiLock和原理
  • 小结

分布式锁

基本原理和实现方式对比

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多线程课件并且可以互斥的锁

分布式锁的核心思想就是让大家共用同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路

那么分布式锁应该满足一些什么条件呢？

1. 可见性：多个线程都能看到相同的结果。

   注意：这里说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到变化的意思

2. 互斥：互斥是分布式锁的最基本条件，使得程序串行执行

3. 高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性

4. 高性能：由于加锁本身就让性能降低，所以对于分布式锁需要他较高的加锁性能和释放锁性能

5. 安全性：安全也是程序中必不可少的一环

常见的分布式锁有三种

1. MySQL：MySQL本身就带有锁机制，但是由于MySQL的性能一般，所以采用分布式锁的情况下，使用MySQL作为分布式锁比较少见
2. Redis：Redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式，现在企业级开发中基本都是用Redis或者Zookeeper作为分布式锁，利用SETNX这个方法，如果插入Key成功，则表示获得到了锁，如果有人插入成功，那么其他人就回插入失败，无法获取到锁，利用这套逻辑完成互斥，从而实现分布式锁
3. Zookeeper：Zookeeper也是企业级开发中较好的一种实现分布式锁的方案

Redis分布式锁的实现核心思路

实现分布式锁时需要实现两个基本方法

1. 获取锁
   互斥：确保只能有一个线程获取锁
   非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false

   SET lock thread01 NX EX 10

2. 释放锁
   手动释放
   超时释放：获取锁的时候添加一个超时时间

   DEL lock

核心思路

我们利用redis的SETNX方法，当有多个线程进入时，我们就利用该方法来获取锁。第一个线程进入时，redis 中就有这个key了，返回了1，如果结果是1，则表示他抢到了锁，那么他去执行业务，然后再删除锁，退出锁逻辑，没有抢到锁（返回了0）的线程，等待一定时间之后重试

实现分布式锁

1. 锁的基本接口

public interface ILock {
    /**
     * 尝试获取锁
     *
     * @param timeoutSec 锁持有的超时时间，过期自动释放
     * @return true表示获取锁成功，false表示获取锁失败
     */
    boolean tryLock(long timeoutSec);

    /**
     * 释放锁
     */
    void unlock();
}

2. 然后创建一个SimpleRedisLock类实现接口

public class SimpleRedisLock implements ILock {
    //锁的前缀
    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    //具体业务名称，将前缀和业务名拼接之后当做Key
    private String name;
    //这里不是@Autowired注入，采用的是构造器注入，在创建SimpleRedisLock时，将RedisTemplate作为参数传入
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        //获取线程标识
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        //获取锁，使用SETNX方法进行加锁，同时设置过期时间，防止死锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        //自动拆箱可能会出现null，这样写更稳妥
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        //通过DEL来删除锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

3. 修改业务代码

@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
    LambdaQueryWrapper<SeckillVoucher> queryWrapper = new LambdaQueryWrapper<>();
    //1. 查询优惠券
    queryWrapper.eq(SeckillVoucher::getVoucherId, voucherId);
    SeckillVoucher seckillVoucher = seckillVoucherService.getOne(queryWrapper);
    //2. 判断秒杀时间是否开始
    if (LocalDateTime.now().isBefore(seckillVoucher.getBeginTime())) {
        return Result.fail("秒杀还未开始，请耐心等待");
    }
    //3. 判断秒杀时间是否结束
    if (LocalDateTime.now().isAfter(seckillVoucher.getEndTime())) {
        return Result.fail("秒杀已经结束！");
    }
    //4. 判断库存是否充足
    if (seckillVoucher.getStock() < 1) {
        return Result.fail("优惠券已被抢光了哦，下次记得手速快点");
    }
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    // 创建锁对象
    SimpleRedisLock redisLock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
    // 获取锁对象
    boolean isLock = redisLock.tryLock(120);
    // 加锁失败，说明当前用户开了多个线程抢优惠券，但是由于key是SETNX的，所以不能创建key，得等key的TTL到期或释放锁（删除key）
    if (!isLock) {
        return Result.fail("不允许抢多张优惠券");
    }
    try {
        // 获取代理对象
        IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
        return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
    } finally {
        // 释放锁
        redisLock.unlock();
    }
}

在nginx负载均衡分布式服务中

使用Jmeter进行压力测试，请求头中携带登录用户的token，最终只能抢到一张优惠券

Redis分布式锁误删情况说明

逻辑说明

• 持有锁的线程1在锁的内部出现了阻塞，导致他的锁TTL到期，自动释放
• 此时线程2也来尝试获取锁，由于线程1已经释放了锁，所以线程2可以拿到
• 但是现在线程1阻塞完了，继续往下执行，要开始释放锁了
• 那么此时就会将属于线程2的锁释放，这就是误删别人锁的情况

解决方案

• 解决方案就是在每个线程释放锁的时候，都判断一下这个锁是不是自己的，如果不属于自己，则不进行删除操作。
• 假设还是上面的情况，线程1阻塞，锁自动释放，线程2进入到锁的内部执行逻辑，此时线程1阻塞完了，继续往下执行，开始删除锁，但是线程1发现这把锁不是自己的，所以不进行删除锁的逻辑，当线程2执行到删除锁的逻辑时，如果TTL还未到期，则判断当前这把锁是自己的，于是删除这把锁

解决Redis分布式锁误删问题

• 需求：修改之前的分布式锁实现
• 满足：在获取锁的时候存入线程标识（用UUID标识，在一个JVM中，ThreadId一般不会重复，但是我们现在是集群模式，有多个JVM，多个JVM之间可能会出现ThreadId重复的情况），在释放锁的时候先获取锁的线程标识，判断是否与当前线程标识一致
• 如果一致则释放锁
• 如果不一致则不释放锁
• 核心逻辑：在存入锁的时候，放入自己的线程标识，在删除锁的时候，判断当前这把锁是不是自己存入的
• 如果是，则进行删除
• 如果不是，则不进行删除
  具体实现代码如下

private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
    // 获取线程标识
    String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
    // 获取锁
    Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
    return Boolean.TRUE.equals(success);
}

@Override
public void unlock() {
    // 获取当前线程的标识
    String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
    // 获取锁中的标识
    String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
    // 判断标识是否一致
    if (threadId.equals(id)) {
        // 释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

分布式锁的原子性问题

• 更为极端的误删逻辑说明
• 假设线程1已经获取了锁，在判断标识一致之后，准备释放锁的时候，又出现了阻塞（例如JVM垃圾回收机制）
• 于是锁的TTL到期了，自动释放了
• 那么现在线程2趁虚而入，拿到了一把锁
• 但是线程1的逻辑还没执行完，那么线程1就会执行删除锁的逻辑
• 但是在阻塞前线程1已经判断了标识一致，所以现在线程1把线程2的锁给删了
• 那么就相当于判断标识那行代码没有起到作用
• 这就是删锁时的原子性问题
• 因为线程1的拿锁，判断标识，删锁，不是原子操作，所以我们要防止刚刚的情况
  

Lua脚本解决多条命令原子性问题

• Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多条Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。
• Lua是一种编程语言，它的基本语法可以上菜鸟教程看看，链接：https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html
• 这里重点介绍Redis提供的调用函数，我们可以使用Lua去操作Redis，而且还能保证它的原子性，这样就可以实现拿锁，判断标识，删锁是一个原子性动作了

Redis提供的调用函数语法如下

redis.call('命令名称','key','其他参数', ...)

例如我们要执行set name Kyle，则脚本是这样

redis.call('set', 'name', 'Kyle')

例如我我们要执行set name David，在执行get name，则脚本如下

## 先执行set name David
redis.call('set', 'name', 'David')
## 再执行get name
local name = redis.call('get', 'name')
## 返回
return name

写好脚本以后，需要用Redis命令来调用脚本，调用脚本的常见命令如下

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

例如，我们要调用redis.call('set', 'name', 'Kyle') 0这个脚本，语法如下

EVAL "return redis.call('set', 'name', 'Kyle')" 0

如果脚本中的key和value不想写死，可以作为参数传递，key类型参数会放入KEYS数组，其他参数会放入ARGV数组，在脚本中可以从KEYS和ARGV数组中获取这些参数
注意：在Lua中，数组下标从1开始

EVAL "return redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1])" 1 name Lucy

那现在我们来使用Lua脚本来代替我们释放锁的逻辑

1. 原逻辑

@Override
public void unlock() {
    // 获取当前线程的标识
    String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
    // 获取锁中的标识
    String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
    // 判断标识是否一致
    if (threadId.equals(id)) {
        // 释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

2. unlock.lua Lua脚本
   但是现在是写死了的，我们可以通过传参的方式来变成动态的Lua脚本,放在resourse目录下

   -- 线程标识
   local threadId = "UUID-31"
   -- 锁的key
   local key = "lock:order:userId"
   -- 获取锁中线程标识
   local id = redis.call('get', key)
   -- 比较线程标识与锁的标识是否一致
   if (threadId == id) then
   -- 一致则释放锁 del key
   return redis.call('del', key)
   end
   return 0

可以简写下面代码

-- 这里的KEYS[1]就是传入锁的key
-- 这里的ARGV[1]就是线程标识
-- 比较锁中的线程标识与线程标识是否一致
if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
    -- 一致则释放锁
    return redis.call('del', KEYS[1])
end
return 0

利用Java代码调用Lua脚本改造分布式锁

在RedisTemplate中，可以利用execute方法去执行lua脚本

public <T> T execute(RedisScript<T> script, List<K> keys, Object... args) {
    return this.scriptExecutor.execute(script, keys, args);
}

对应的Java代码如下

private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;

static {
    UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript();
    UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
    UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
}

@Override
public void unlock() {
    stringRedisTemplate.execute(UNLOCK_SCRIPT,
            Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
            ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
}

分布式锁-Redisson

基于SETNX实现的分布式锁存在以下问题

1. 重入问题
   重入问题是指获取锁的线程，可以再次进入到相同的锁的代码块中，可重入锁的意义在于防止死锁，例如在HashTable这样的代码中，它的方法都是使用synchronized修饰的，加入它在一个方法内调用另一个方法，如果此时是不可重入的，那就死锁了。所以可重入锁的主要意义是防止死锁，我们的synchronized和Lock锁都是可重入的
2. 不可重试
   我们编写的分布式锁只能尝试一次，失败了就返回false，没有重试机制。但合理的情况应该是：当线程获取锁失败后，他应该能再次尝试获取锁
3. 超时释放
   我们在加锁的时候增加了TTL，这样我们可以防止死锁，但是如果卡顿(阻塞)时间太长，也会导致锁的释放。虽然我们采用Lua脚本来防止删锁的时候，误删别人的锁，但现在的新问题是没锁住，也有安全隐患
4. 主从一致性
   如果Redis提供了主从集群，那么当我们向集群写数据时，主机需要异步的将数据同步给从机，万一在同步之前，主机宕机了(主从同步存在延迟，虽然时间很短，但还是发生了)，那么又会出现死锁问题

什么是Redisson呢

• Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格(In-Memory Data Grid)。它不仅提供了一系列的分布式Java常用对象，还提供了许多分布式服务，其中就包含了各种分布式锁的实现

• Redis提供了分布式锁的多种多样功能

1. 可重入锁(Reentrant Lock)
2. 公平锁(Fair Lock)
3. 联锁(MultiLock)
4. 红锁(RedLock)
5. 读写锁(ReadWriteLock)
6. 信号量(Semaphore)
7. 可过期性信号量(PermitExpirableSemaphore)
8. 闭锁(CountDownLatch)

Redisson入门

1. 导入依赖

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.13.6</version>
</dependency>

2. 配置Redisson客户端，在config包下新建RedissonConfig类

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class RedissonConfig {
    @Bean
    public RedissonClient redissonClient() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer()
            .setAddress("redis://101.XXX.XXX.160:6379")
            .setPassword("root");
        return Redisson.create(config);
    }
}

3. 使用Redisson的分布式锁

@Resource
private RedissonClient redissonClient;

@Test
void testRedisson() throws InterruptedException {
    //获取可重入锁
    RLock lock = redissonClient.getLock("anyLock");
    //尝试获取锁，三个参数分别是：获取锁的最大等待时间(期间会重试)，锁的自动释放时间，时间单位
    boolean success = lock.tryLock(1,10, TimeUnit.SECONDS);
    //判断获取锁成功
    if (success) {
        try {
            System.out.println("执行业务");
        } finally {
            //释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

4. 替换我们之前自己写的分布式锁
   原来的代码：
   需要注入一下RedissonClient

+   @Resource
+   private RedissonClient redissonClient;

    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        LambdaQueryWrapper<SeckillVoucher> queryWrapper = new LambdaQueryWrapper<>();
        //1. 查询优惠券
        queryWrapper.eq(SeckillVoucher::getVoucherId, voucherId);
        SeckillVoucher seckillVoucher = seckillVoucherService.getOne(queryWrapper);
        //2. 判断秒杀时间是否开始
        if (LocalDateTime.now().isBefore(seckillVoucher.getBeginTime())) {
            return Result.fail("秒杀还未开始，请耐心等待");
        }
        //3. 判断秒杀时间是否结束
        if (LocalDateTime.now().isAfter(seckillVoucher.getEndTime())) {
            return Result.fail("秒杀已经结束！");
        }
        //4. 判断库存是否充足
        if (seckillVoucher.getStock() < 1) {
            return Result.fail("优惠券已被抢光了哦，下次记得手速快点");
        }
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
-       SimpleRedisLock redisLock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
+       RLock redisLock = redissonClient.getLock("order:" + userId);
-       boolean isLock = redisLock.tryLock(120);
+       boolean isLock = redisLock.tryLock();
        if (!isLock) {
            return Result.fail("不允许抢多张优惠券");
        }
        try {
            IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        } finally {
            redisLock.unlock();
        }
    }

修改后

@Resource
private RedissonClient redissonClient;
@Override
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
    LambdaQueryWrapper<SeckillVoucher> queryWrapper = new LambdaQueryWrapper<>();
    //1. 查询优惠券
    queryWrapper.eq(SeckillVoucher::getVoucherId, voucherId);
    SeckillVoucher seckillVoucher = seckillVoucherService.getOne(queryWrapper);
    //2. 判断秒杀时间是否开始
    if (LocalDateTime.now().isBefore(seckillVoucher.getBeginTime())) {
        return Result.fail("秒杀还未开始，请耐心等待");
    }
    //3. 判断秒杀时间是否结束
    if (LocalDateTime.now().isAfter(seckillVoucher.getEndTime())) {
        return Result.fail("秒杀已经结束！");
    }
    //4. 判断库存是否充足
    if (seckillVoucher.getStock() < 1) {
        return Result.fail("优惠券已被抢光了哦，下次记得手速快点");
    }
    Long userId = UserHolder.getUser().getId();
    RLock redisLock = redissonClient.getLock("order:" + userId);
    boolean isLock = redisLock.tryLock();
    if (!isLock) {
        return Result.fail("不允许抢多张优惠券");
    }
    try {
        IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
        return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
    } finally {
        redisLock.unlock();
    }
}

使用Jmeter进行压力测试，依旧是只能抢到一张优惠券，满足我们的需求

Redisson可重入锁原理

在Lock锁中，他是借助于等曾的一个voaltile的一个state变量来记录重入的状态的

• 如果当前没有人持有这把锁，那么state = 0
• 如果有人持有这把锁，那么state = 1
• 如果持有者把锁的人再次持有这把锁，那么state会+1
• 如果对于synchronize而言，他在c语言代码中会有一个count
• 原理与state类似，也是重入一次就+1，释放一次就-1，直至减到0，表示这把锁没有被人持有

在redisson中，我们也支持可重入锁

• 在分布式锁中，它采用hash结构来存储锁，其中外层key表示这把锁是否存在，内层key则记录当前这把锁被哪个线程持有
• method1在方法内部调用method2，method1和method2出于同一个线程，那么method1已经拿到一把锁了，想进入method2中拿另外一把锁，必然是拿不到的，于是就出现了死锁

@Resource
private RedissonClient redissonClient;

private RLock lock;

@BeforeEach
void setUp() {
    lock = redissonClient.getLock("lock");
}

@Test
void method1() {
    boolean success = lock.tryLock();
    if (!success) {
        log.error("获取锁失败，1");
        return;
    }
    try {
        log.info("获取锁成功");
        method2();
    } finally {
        log.info("释放锁，1");
        lock.unlock();
    }
}

void method2() {
    RLock lock = redissonClient.getLock("lock");
    boolean success = lock.tryLock();
    if (!success) {
        log.error("获取锁失败，2");
        return;
    }
    try {
        log.info("获取锁成功，2");
    } finally {
        log.info("释放锁，2");
        lock.unlock();
    }
}

• 所以我们需要额外判断，method1和method2是否处于同一线程，如果是同一个线程，则可以拿到锁，但是state会+1，之后执行method2中的方法，释放锁，释放锁的时候也只是将state进行-1，只有减至0，才会真正释放锁

• 由于我们需要额外存储一个state，所以用字符串型SET NX EX是不行的，需要用到Hash结构，但是Hash结构又没有NX这种方法，所以我们需要将原有的逻辑拆开，进行手动判断

为了保证原子性，所以流程图中的业务逻辑也是需要我们用Lua来实现的

1. 获取锁的逻辑

   local key = KEYS[1]; -- 锁的key
   local threadId = ARGV[1]; -- 线程唯一标识
   local releaseTime = ARGV[2]; -- 锁的自动释放时间
   -- 锁不存在
   if (redis.call('exists', key) == 0) then
   -- 获取锁并添加线程标识，state设为1
   redis.call('hset', key, threadId, '1');
   -- 设置锁有效期
   redis.call('expire', key, releaseTime);
   return 1; -- 返回结果
   end;
   -- 锁存在，判断threadId是否为自己
   if (redis.call('hexists', key, threadId) == 1) then
   -- 锁存在，重入次数 +1，这里用的是hash结构的incrby增长
   redis.call('hincrby', key, thread, 1);
   -- 设置锁的有效期
   redis.call('expire', key, releaseTime);
   return 1; -- 返回结果
   end;
   return 0; -- 代码走到这里，说明获取锁的不是自己，获取锁失败

2. 释放锁的逻辑

   local key = KEYS[1];
   local threadId = ARGV[1];
   local releaseTime = ARGV[2];
   -- 如果锁不是自己的
   if (redis.call('HEXISTS', key, threadId) == 0) then
   return nil; -- 直接返回
   end;
   -- 锁是自己的，锁计数-1，还是用hincrby，不过自增长的值为-1
   local count = redis.call('hincrby', key, threadId, -1);
   -- 判断重入次数为多少
   if (count > 0) then
   -- 大于0，重置有效期
   redis.call('expire', key, releaseTime);
   return nil;
   else
   -- 否则直接释放锁
   redis.call('del', key);
   return nil;
   end;

获取锁源码

查看源码，跟我们的实现方式几乎一致

<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
    this.internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
    return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, command, "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(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}

释放锁源码

protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
    return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN, "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(this.getName(), this.getChannelName()), LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}

Redisson锁重试和WatchDog机制

前面我们分析的是空参的tryLock方法，现在我们来分析一下这个带参数的

<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
    this.internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
    return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, command, "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(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}

源码分析

1. tryAcquireAsync

private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
    
    if (leaseTime != -1L) {
        return this.tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    } else {
        // 如果没有指定释放时间时间，则指定默认释放时间为getLockWatchdogTimeout，底层源码显示是30*1000ms，也就是30秒
        RFuture<Long> ttlRemainingFuture = this.tryLockInnerAsync(waitTime, this.commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
        ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
            if (e == null) {
                if (ttlRemaining == null) {
                    this.scheduleExpirationRenewal(threadId);
                }

            }
        });
        return ttlRemainingFuture;
    }
}

2. tryLock

public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long time = unit.toMillis(waitTime);
        long current = System.currentTimeMillis();
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        Long ttl = this.tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
        //判断ttl是否为null
        if (ttl == null) {
            return true;
        } else {
            //计算当前时间与获取锁时间的差值，让等待时间减去这个值
            time -= System.currentTimeMillis() - current;
            //如果消耗时间太长了，直接返回false，获取锁失败
            if (time <= 0L) {
                this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
                return false;
            } else {
                //等待时间还有剩余，再次获取当前时间
                current = System.currentTimeMillis();
                //订阅别人释放锁的信号
                RFuture<RedissonLockEntry> subscribeFuture = this.subscribe(threadId);
                //在剩余时间内，等待这个信号
                if (!subscribeFuture.await(time, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                    if (!subscribeFuture.cancel(false)) {
                        subscribeFuture.onComplete((res, e) -> {
                            if (e == null) {
                                //取消订阅
                                this.unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
                            }

                        });
                    }
                    //剩余时间内没等到，返回false
                    this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
                    return false;
                } else {
                    try {
                        //如果剩余时间内等到了别人释放锁的信号，再次计算当前剩余最大等待时间
                        time -= System.currentTimeMillis() - current;
                        if (time <= 0L) {
                            //如果剩余时间为负数，则直接返回false
                            this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
                            boolean var20 = false;
                            return var20;
                        } else {
                            boolean var16;
                            do {
                                //如果剩余时间等到了，dowhile循环重试获取锁
                                long currentTime = System.currentTimeMillis();
                                ttl = this.tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
                                if (ttl == null) {
                                    var16 = true;
                                    return var16;
                                }

                                time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
                                if (time <= 0L) {
                                    this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
                                    var16 = false;
                                    return var16;
                                }

                                currentTime = System.currentTimeMillis();
                                if (ttl >= 0L && ttl < time) {
                                    ((RedissonLockEntry)subscribeFuture.getNow()).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
                                } else {
                                    ((RedissonLockEntry)subscribeFuture.getNow()).getLatch().tryAcquire(time, TimeUnit.MILLISECONDS);
                                }

                                time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
                            } while(time > 0L);

                            this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
                            var16 = false;
                            return var16;
                        }
                    } finally {
                        this.unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
                    }
                }
            }
        }
    }

3. scheduleExpirationRenewal

private void scheduleExpirationRenewal(long threadId) {
    ExpirationEntry entry = new ExpirationEntry();  
    //不存在，才put，表明是第一次进入，不是重入
    ExpirationEntry oldEntry = (ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(this.getEntryName(), entry);
    if (oldEntry != null) {
        oldEntry.addThreadId(threadId);
    } else {
        //如果是第一次进入，则跟新有效期
        entry.addThreadId(threadId);
        this.renewExpiration();
    }
}

4. renewExpiration

private void renewExpiration() {
    ExpirationEntry ee = (ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(this.getEntryName());
    if (ee != null) {
        //Timeout是一个定时任务
        Timeout task = this.commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
            public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                ExpirationEntry ent = (ExpirationEntry)RedissonLock.EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(RedissonLock.this.getEntryName());
                if (ent != null) {
                    Long threadId = ent.getFirstThreadId();
                    if (threadId != null) {
                        //重置有效期
                        RFuture<Boolean> future = RedissonLock.this.renewExpirationAsync(threadId);
                        future.onComplete((res, e) -> {
                            if (e != null) {
                                RedissonLock.log.error("Can't update lock " + RedissonLock.this.getName() + " expiration", e);
                            } else {
                                if (res) {
                                    //然后调用自己，递归重置有效期
                                    RedissonLock.this.renewExpiration();
                                }

                            }
                        });
                    }
                }
            }
            //internalLockLeaseTime是之前WatchDog默认有效期30秒，那这里就是 30 / 3 = 10秒之后，才会执行
        }, this.internalLockLeaseTime / 3L, TimeUnit.MILLISECONDS);
        ee.setTimeout(task);
    }
}

5. renewExpirationAsync
   重点看lua脚本，先判断锁是不是自己的，然后更新有效时间

protected RFuture<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {
    return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN, "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return 1; end; return 0;", Collections.singletonList(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}

那么之前的重置有效期的行为该怎么终止呢？当然是释放锁的时候会终止

cancelExpirationRenewal

void cancelExpirationRenewal(Long threadId) {
    //将之前的线程终止掉
    ExpirationEntry task = (ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(this.getEntryName());
    if (task != null) {
        if (threadId != null) {
            task.removeThreadId(threadId);
        }

        if (threadId == null || task.hasNoThreads()) {
            //获取之前的定时任务
            Timeout timeout = task.getTimeout();
            if (timeout != null) {
                //取消
                timeout.cancel();
            }

            EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(this.getEntryName());
        }

    }
}

Redisson锁的MutiLock和原理

• 为了提高Redis的可用性，我们会搭建集群或者主从，现在以主从为例

• 此时我们去写命令，写在主机上，主机会将数据同步给从机，但是假设主机还没来得及把数据写入到从机去的时候，主机宕机了

• 哨兵会发现主机宕机了，于是选举一个slave(从机)变成master(主机)，而此时新的master(主机)上并没有锁的信息，那么其他线程就可以获取锁，又会引发安全问题

• 为了解决这个问题。Redisson提出来了MutiLock锁，使用这把锁的话，那我们就不用主从了，每个节点的地位都是一样的，都可以当做是主机，那我们就需要将加锁的逻辑写入到每一个主从节点上，只有所有的服务器都写入成功，此时才是加锁成功，假设现在某个节点挂了，那么他去获取锁的时候，只要有一个节点拿不到，都不能算是加锁成功，就保证了加锁的可靠性

• 我们先使用虚拟机额外搭建两个Redis节点

@Configuration
public class RedissonConfig {
    @Bean
    public RedissonClient redissonClient() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.137.130:6379")
                .setPassword("root");
        return Redisson.create(config);
    }

    @Bean
    public RedissonClient redissonClient2() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://92.168.137.131:6379")
                .setPassword("root");
        return Redisson.create(config);
    }

    @Bean
    public RedissonClient redissonClient3() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://92.168.137.132:6379")
                .setPassword("root");
        return Redisson.create(config);
    }
}

使用联锁，我们首先要注入三个RedissonClient对象

@Resource
private RedissonClient redissonClient;
@Resource
private RedissonClient redissonClient2;
@Resource
private RedissonClient redissonClient3;

private RLock lock;

@BeforeEach
void setUp() {
    RLock lock1 = redissonClient.getLock("lock");
    RLock lock2 = redissonClient2.getLock("lock");
    RLock lock3 = redissonClient3.getLock("lock");
    lock = redissonClient.getMultiLock(lock1, lock2, lock3);
}

@Test
void method1() {
    boolean success = lock.tryLock();
    redissonClient.getMultiLock();
    if (!success) {
        log.error("获取锁失败，1");
        return;
    }
    try {
        log.info("获取锁成功");
        method2();
    } finally {
        log.info("释放锁，1");
        lock.unlock();
    }
}

void method2() {
    RLock lock = redissonClient.getLock("lock");
    boolean success = lock.tryLock();
    if (!success) {
        log.error("获取锁失败，2");
        return;
    }
    try {
        log.info("获取锁成功，2");
    } finally {
        log.info("释放锁，2");
        lock.unlock();
    }
}

源码分析

我们没有传入锁对象来创建联锁的时候，则会抛出一个异常，反之则将我们传入的可变参数锁对象封装成一个集合

public RedissonMultiLock(RLock... locks) {
    if (locks.length == 0) {
        throw new IllegalArgumentException("Lock objects are not defined");
    } else {
        this.locks.addAll(Arrays.asList(locks));
    }
}

联锁的tryLock

public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
    long newLeaseTime = -1L;
    //如果传入了释放时间
    if (leaseTime != -1L) {
        //再判断一下是否有等待时间
        if (waitTime == -1L) {
            //如果没传等待时间，不重试，则只获得一次
            newLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
        } else {
            //想要重试，耗时较久，万一释放时间小于等待时间，则会有问题，所以这里将等待时间乘以二
            newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime) * 2L;
        }
    }
    //获取当前时间
    long time = System.currentTimeMillis();
    //剩余等待时间
    long remainTime = -1L;
    if (waitTime != -1L) {
        remainTime = unit.toMillis(waitTime);
    }
    //锁等待时间，与剩余等待时间一样    
    long lockWaitTime = this.calcLockWaitTime(remainTime);
    //锁失败的限制，源码返回是的0
    int failedLocksLimit = this.failedLocksLimit();
    //已经获取成功的锁
    List<RLock> acquiredLocks = new ArrayList(this.locks.size());
    //迭代器，用于遍历
    ListIterator<RLock> iterator = this.locks.listIterator();

    while(iterator.hasNext()) {
        RLock lock = (RLock)iterator.next();

        boolean lockAcquired;
        try {
            //没有等待时间和释放时间，调用空参的tryLock
            if (waitTime == -1L && leaseTime == -1L) {
                lockAcquired = lock.tryLock();
            } else {
                //否则调用带参的tryLock
                long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime);
                lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
            }
        } catch (RedisResponseTimeoutException var21) {
            this.unlockInner(Arrays.asList(lock));
            lockAcquired = false;
        } catch (Exception var22) {
            lockAcquired = false;
        }
        //判断获取锁是否成功
        if (lockAcquired) {
            //成功则将锁放入成功锁的集合
            acquiredLocks.add(lock);
        } else {
            //如果获取锁失败
            //判断当前锁的数量，减去成功获取锁的数量，如果为0，则所有锁都成功获取，跳出循环
            if (this.locks.size() - acquiredLocks.size() == this.failedLocksLimit()) {
                break;
            }
            //否则将拿到的锁都释放掉
            if (failedLocksLimit == 0) {
                this.unlockInner(acquiredLocks);
                //如果等待时间为-1，则不想重试，直接返回false
                if (waitTime == -1L) {
                    return false;
                }

                failedLocksLimit = this.failedLocksLimit();
                //将已经拿到的锁都清空
                acquiredLocks.clear();
                //将迭代器往前迭代，相当于重置指针，放到第一个然后重试获取锁
                while(iterator.hasPrevious()) {
                    iterator.previous();
                }
            } else {
                --failedLocksLimit;
            }
        }
        //如果剩余时间不为-1，很充足
        if (remainTime != -1L) {
            //计算现在剩余时间
            remainTime -= System.currentTimeMillis() - time;
            time = System.currentTimeMillis();
            //如果剩余时间为负数，则获取锁超时了
            if (remainTime <= 0L) {
                //将之前已经获取到的锁释放掉，并返回false
                this.unlockInner(acquiredLocks);
                //联锁成功的条件是：每一把锁都必须成功获取，一把锁失败，则都失败
                return false;
            }
        }
    }
    //如果设置了锁的有效期
    if (leaseTime != -1L) {
        List<RFuture<Boolean>> futures = new ArrayList(acquiredLocks.size());
        //迭代器用于遍历已经获取成功的锁
        Iterator var24 = acquiredLocks.iterator();

        while(var24.hasNext()) {
            RLock rLock = (RLock)var24.next();
            //设置每一把锁的有效期
            RFuture<Boolean> future = ((RedissonLock)rLock).expireAsync(unit.toMillis(leaseTime), TimeUnit.MILLISECONDS);
            futures.add(future);
        }

        var24 = futures.iterator();

        while(var24.hasNext()) {
            RFuture<Boolean> rFuture = (RFuture)var24.next();
            rFuture.syncUninterruptibly();
        }
    }
    //但如果没设置有效期，则会触发WatchDog机制，自动帮我们设置有效期，所以大多数情况下，我们不需要自己设置有效期
    return true;
}

小结

1. 不可重入Redis分布式锁

• 原理：利用SETNX的互斥性；利用EX避免死锁；释放锁时判断线程标识
• 缺陷：不可重入、无法重试、锁超时失效

2. 可重入Redis分布式锁

• 原理：利用Hash结构，记录线程标识与重入次数；利用WatchDog延续锁时间；利用信号量控制锁重试等待
• 缺陷：Redis宕机引起锁失效问题

3. Redisson的multiLock
   原理：多个独立的Redis节点，必须在所有节点都获取重入锁，才算获取锁成功

• 缺陷：代码层面较为复杂