一. 分布式锁基础
在分布式系统中，当多个客户端（应用实例）需要访问同一资源时，可以使用分布式锁来确保同一时刻只有一个客户端能访问该资源。Redis作为高性能的内存数据库，提供了基于键值对的分布式锁实现，通常采用SETNX命令（即SET if Not eXists）来设置锁。
Redis的分布式锁大致实现流程如下：
- 客户端请求获取锁：通过
SETNX命令设置一个锁键（如lock:<resource>）。 - 锁被设置成功时，客户端可以访问资源；否则，它会等待或返回获取失败的结果。
- 客户端在完成工作后，释放锁：通过
DEL命令删除锁键。
二. 可重入锁
在一个线程或进程中，如果该线程/进程已经获取了锁，那么它可以重复获取该锁，而不会发生死锁问题。也就是说，同一线程/进程可以多次获取锁，而每次释放锁时都需要释放一次，直到所有的锁请求都被释放。
对于分布式系统中的可重入锁，它确保：
- 当一个客户端（通常是线程或进程）已经持有锁时，它可以继续请求该锁而不会被阻塞或进入死锁。
- 锁的计数是线程级别的，客户端每次请求锁时都需要将锁的计数增加，释放锁时则减少计数，直到计数为零时才完全释放锁。
三. Redis实现可重入锁的步骤
1. 使用SET命令（或SETNX命令）来获取锁
- 锁是由一个特定的Redis键（例如，
lock:<resource>）表示的。 - 锁的值通常是一个标识符，例如，客户端的
UUID，或者一个线程标识符。这个值用于确保同一个客户端可以重复获取锁。
2. 记录锁的持有者
- 当客户端请求锁时，它不仅设置一个标识该锁的键（如
lock:<resource>），而且还设置该锁的值（如UUID）。这样，如果该锁已经存在且值不是当前客户端的标识符，则客户端无法获得锁。
3. 锁的可重入性
- 在可重入锁中，客户端获取锁时，如果该客户端的标识符（如
UUID）已经在锁值中，则客户端可以继续获取锁，并且需要将锁的"持有次数"增加。 - 可以通过键值对的计数来实现这一点。每次客户端请求锁时，Redis可以增加锁的计数。当客户端释放锁时，Redis会减少锁的计数。
4. 锁的过期时间
- 为了防止死锁，Redis的锁通常会设置一个过期时间，通常是
SET命令的EX选项（设置过期时间）。这样，如果客户端在持有锁的过程中发生故障，锁会在一定时间后自动释放。 - 可重入锁的一个实现方式是，客户端在每次获取锁时刷新过期时间，确保锁在可重入期间不会过期。
5. 释放锁
- 当客户端完成工作后，它会释放锁。每次释放锁时，它会检查当前的锁计数：
- 如果锁计数大于1，表示该客户端还需要继续持有锁，于是减少计数。
- 如果锁计数为1，则客户端完全释放锁，通过删除锁键（如
DEL）来释放该资源。
四 LUA 脚本实现简单重入锁
获取锁的 Lua 脚本：
Lua
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
-- 判断是否存在
if (redis.call('EXISTS', key) == 0) then
-- 不存在，获取锁
redis.call('HSET', key, threadId, '1');
-- 设置有效期
redis.call('EXPIRE', key, releaseTime);
return 1; -- 返回结果
end;
-- 锁已经存在，判断threadId是否是自己
if (redis.call('HEXISTS', key, threadId) == 1) then
-- 是自己，获取锁，重入次数+1
redis.call('HINCRBY', key, threadId, '1');
-- 设置有效期
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，获取锁失败释放锁的 Lua 脚本：
Lua
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
-- 判断当前锁是否还是被自己持有
if (redis.call('HEXISTS', key, threadId) == 0) then
return nil; -- 如果已经不是自己，则直接返回
end;
-- 是自己的锁，则重入次数减1
local count = redis.call('HINCRBY', key, threadId, -1);
-- 判断是否重入次数是否已经为0
if (count > 0) then
-- 大于0说明不能释放锁，重置有效期然后返回
redis.call('EXPIRE', key, releaseTime);
return nil;
else
-- 等于0说明可以释放锁，直接删除
redis.call('DEL', key);
return nil;
end;