主从架构锁丢失问题-----RedLock

RedLock是Redis作者Antirez提出的分布式锁 算法 ,专门解决主从架构下锁丢失的问题。

单机Redis做分布式锁有单点故障风险。主从架构也不保险:客户端在主节点加锁成功,主节点还没把锁数据同步到从节点就挂了,从节点晋升为新主节点,锁数据压根没同步过来。这时候另一个客户端来加锁,也能成功,两个客户端同时拿到锁,数据就乱了。

Redlock的思路是用多个独立的Redis实例 投票 ,只有拿到大多数节点的锁才算加锁成功。即使部分节点故障,锁的安全性依然有保障。

RedLock实现原理:

部署5个独立的Redis实例,注意是完全独立的,不需要主从复制,不需要哨兵,也不是Redis Cluster,5个实例之间没有任何数据同步。

加锁流程:

1,客户端记录当前时间戳t1

2,依次向5个Redis实例发送SET lock_key uuid EX 30 NX命令

3,每个请求设置较短的超时时间,比如5-50ms,某个实例超时就跳过。

4,统计成功加锁的实例数量

5,获取当前时间戳t2,计算加锁总耗时t

6,如果成功数量 >= 3且 t < 锁的过期时间,加锁成功。

7,否则向所有实例发送解锁请求

解锁流程:

向所有5个实例发送DEL命令,不管之前是否加锁成功

加锁和解锁命令跟普通Redis分布式锁一样,都是SET EX NX 加锁,Lua脚本解锁。

RedLock一定安全吗?

答:不一定。Martin Kleppmann对RedLock提出过质疑:

可能不安全场景:

1)客户端1拿到Redlock

2)客户端1发生长时间GC,进程被暂停

3)GC期间锁过期了

4)客户端2趁机拿到锁

5)GC结束,客户端1不知道锁已经过期,继续执行业务

6)两个客户端同时操作临界资源

除了GC,时钟跳变也是隐患。Redlock依赖各节点的系统时间来计算锁的有效期,如果某个节点的时钟突然往前跳了,锁就会提前过期。

Antirez 回应说可以用 fencing token机制来解决,但 Redis 本身并不支持fencing token,需要业务端自己实现。

生产环境的选择:

Redlock的实现成本不低:

  1. 需要部署至少5个独立实例,资源开销大

  2. 加锁要依次访问多个节点,延迟比单机高

3)极端情况下还是有问题

所以大多数业务场景还是用主从+哨兵的方案,配合Redisson的看门狗续期。只有对锁的可靠性要求极高的场景才考虑Redlock,比如金融交易、库存扣减。

如果确实需要强一致性的分布式锁,可以考虑ZooKeeper 或者etcd,它们基于Paxos/Raft共识算法,一致性保证比Redis更强。

提问:

1,提问: Redlock为什么推荐部署5个实例而不是3个?

回答:5个实例允许最多2个节点故障还能正常工作,容错能力更强。3个实例只允许1个故障,风险太大。而且5个是奇数,投票时不会出现平票的情况。实例数再多性能就太差了,5个是性能和可靠性的平衡点。

2,提问:如果Redlock加锁成功了,但执行到一半有个Redis实例重启了,会有什么问题?

回答:要看这个实例是否开启了AOF持久化。如果没开,重启后锁数据丢失,其他客户端可能在这个实例上加锁成功,配合其他实例可能凑够大多数票。所以用 Redlock 的实例必须开启AOF并且设置fsync=always,保证每次写入都落盘。代价是性能会下降。

3,提问:Martin Kleppmann提到的 fencing token是什么?怎么实现?

回答:fencingtoken是一个单调递增的序列号,每次加锁成功时分配一个token。客户端操作共享资源时带上token,资源端只接受token大于等于上次见过的最大值的请求。这样即使老客户端的锁过期了还在执行,它的token比新客户端小,请求会被拒绝。实现需要存储端支持版本比较,比如数据库的乐观锁、ZooKeeper的版本号。

4,提问:ZooKeeper 和 Redis 做分布式锁各有什么优劣?

回答:ZooKeeper用临时顺序节点实现,基于ZAB协议保证一致性,可靠性比Redis高,客户端宕机会话断开锁自动释放不需要考虑续期。缺点是性能比Redis差一个数量级,QPS大概几千,Redis能到十万级。Redis性能好但一致性弱,适合大多数互联网场景。金融、交易这种对一致性要求极高的场景用ZooKeeper更稳。

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