Redis 实现分布式锁详解

什么是分布式锁？

分布式锁是一种跨进程、跨机器的互斥机制，它允许多个服务实例竞争一个共享资源的独占权。只有持有锁的服务实例才能操作该资源，其他实例必须等待锁释放后才能继续尝试获取锁。

分布式锁的核心要求包括：

互斥性：同一时间只有一个客户端能够持有锁。
高可用性：即使部分节点宕机，锁服务仍然可用。
安全性：锁不会被错误地分配给多个客户端。
容错性：如果客户端崩溃或网络中断，锁应能自动释放。

使用 Redis 实现分布式锁的基本原理

Redis 提供了原子操作（如 SETNX 和 Lua 脚本），可以用来实现分布式锁。以下是实现的基本步骤：

加锁：
- 使用 Redis 的 SETNX 命令尝试设置一个键值对，表示锁的持有状态。
- 如果键不存在，则设置成功，表示获取锁；否则失败。
- 设置一个过期时间，防止死锁。
解锁：
- 使用 Lua 脚本确保删除操作的原子性。
- 只有持有锁的客户端才能解锁。
续期：
- 如果任务执行时间较长，可以通过定时刷新锁的过期时间来防止锁提前释放。

代码实现

以下是一个基于 Java 和 Redis 的分布式锁实现，使用 Jedis 客户端库。

1. 加锁逻辑

java 复制代码

import redis.clients.jedis.Jedis;

import java.util.UUID;

public class RedisDistributedLock {
    private Jedis jedis;
    private String lockKey;
    private int expireTime; // 锁的过期时间（秒）
    private String lockValue; // 锁的唯一标识

    public RedisDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, int expireTime) {
        this.jedis = jedis;
        this.lockKey = lockKey;
        this.expireTime = expireTime;
        this.lockValue = UUID.randomUUID().toString(); // 唯一标识当前客户端
    }

    /**
     * 尝试获取锁
     *
     * @return 是否成功获取锁
     */
    public boolean acquireLock() {
        String result = jedis.set(lockKey, lockValue, "NX", "EX", expireTime);
        return "OK".equals(result);
    }

    /**
     * 释放锁
     */
    public void releaseLock() {
        String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
                           "return redis.call('del', KEYS[1]) " +
                           "else return 0 end";
        jedis.eval(luaScript, 1, lockKey, lockValue);
    }

    /**
     * 续期锁
     */
    public void renewLock() {
        String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
                           "return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
                           "else return 0 end";
        jedis.eval(luaScript, 1, lockKey, lockValue, String.valueOf(expireTime));
    }
}

2. 使用示例

java 复制代码

public class DistributedLockExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化 Redis 客户端
        Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);

        // 创建分布式锁对象
        RedisDistributedLock lock = new RedisDistributedLock(jedis, "my_lock_key", 10);

        try {
            // 尝试获取锁
            if (lock.acquireLock()) {
                System.out.println("成功获取锁，执行业务逻辑...");
                Thread.sleep(5000); // 模拟业务逻辑处理

                // 续期锁
                lock.renewLock();
                System.out.println("锁已续期，继续执行业务逻辑...");
            } else {
                System.out.println("未能获取锁，等待...");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放锁
            lock.releaseLock();
            System.out.println("锁已释放");
        }

        // 关闭 Redis 连接
        jedis.close();
    }
}

UML 图

以下是分布式锁实现的 UML 类图和序列图。

1. 类图

2. 序列图

总结

通过 Redis 实现分布式锁是一种高效且可靠的方案，适用于分布式系统中的资源共享场景。我们通过 SETNX 和 Lua 脚本保证了锁的互斥性和安全性，同时通过设置过期时间和续期机制避免了死锁的发生。

希望本文对你有所帮助！如果你有任何问题，欢迎留言讨论。