Redis分布式锁实现

Redis分布式锁实现

一、分布式锁

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

分布式锁的核心是实现多进程之间互斥，而满足这一点的方式有很多，常见的有三种：

MySQL Redis Zookeeper
互斥 利用MySQL本身的互斥锁机制 利用setnx互斥命令 利用节点的唯一性和有序性实现互斥
高可用 好 好 好
高性能 一般 好 一般
安全性 断开连接，自动释放锁 利用锁超时时间，到期释放 临时节点，断开连接自动释放

二、 基于Redis的分布式锁

2.1 初级版本

实现基于Redis的分布式锁需要实现两个基本的方法：

获取锁

互斥：确保只有一个线程获取锁

// 添加锁，利用setnx的互斥特性
setnx lock thread1
// 添加锁过期时间，避免服务器宕机引起的死锁
expire lock 10
// 添加锁，NX是互斥，EX是设置超时时间
set lock thread1 NX EX 10

释放锁

  • 手动释放：删除key即可
  • 超时释放：获取锁时添加一个超时时间
// 释放锁，删除即可
del key

基本逻辑

  • 业务开始时尝试获取锁
    • 获取锁失败，直接返回
    • 获取锁成功，开始执行业务
      • 如果业务超时或服务宕机，自动释放锁
      • 否则执行完业务手动释放锁

存在的问题 ：分布式锁误删问题

比如如下的场景：

  • 线程1首先获取锁，正常获取到锁，开始执行自己的业务。
  • 由于某种原因，线程1的业务被阻塞，并且阻塞时间超过了锁的过期时间，导致锁被自动释放。
  • 锁被释放后，线程2再来获取锁，因为线程1的锁被释放了，所以线程2也能成功获取到锁，然后开始执行自己的业务。
  • 在线程2执行业务时，线程1的业务完成，线程1手动释放锁，此时，线程1释放的是线程2的锁。
  • 这时候，线程3也来获取锁，因为线程2的锁被线程1释放了，所以线程3也能成功获取到锁，然后开始执行自己的业务。
  • 此时，线程2和线程3是并行执行业务的，会出现错误的结果。

产生原因：

  • 没有唯一的锁标识，所以会产生误删的情况。

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2.2 解决分布式锁误删问题

要想解决分布式锁误删的问题，主要的关键思路在于：如何判断是不是自己的锁。

这时就可以使用线程标识 （即线程ID）来当作分布式锁标识：

  • 如果线程标识与当前线程一致，则释放锁；
  • 如果线程标识与当前线程不一致，则不做处理；

处理逻辑

业务开始时尝试获取锁，锁的标识可以是线程ID：

  • 获取锁之前先比较当前线程ID与锁标识是否一致：
    • 不一致，获取锁失败，直接返回
    • 一致，获取锁成功，开始执行业务
      • 如果业务超时或服务宕机，自动释放锁
      • 业务执行完成，比较当前线程ID与锁标识是否一致
        • 一致，手动释放锁
        • 不一致，不做任何处理

存在的问题：分布式锁原子性问题

比如如下的场景：

  • 线程1首先获取锁，正常获取到锁，开始执行自己的业务。
  • 线程1业务执行完毕，需要手动释放锁，获取锁标识并判断是否与自己一致，结果一致，执行手动释放锁的动作，假设此时产生了阻塞，并且阻塞时间超过了锁的过期时间，导致锁被自动释放。
  • 锁被释放后，线程2再来获取锁，因为线程1的锁被释放了，所以线程2也能成功获取到锁，然后开始执行自己的业务。
  • 在线程2执行业务过程中，线程1的阻塞结束了，此时继续执行手动释放锁动作，线程1手动释放锁，此时，线程1释放的是线程2的锁。
  • 这时候，线程3也来获取锁，因为线程2的锁被线程1释放了，所以线程3也能成功获取到锁，然后开始执行自己的业务。
  • 此时，线程2和线程3是并行执行业务的，会出现错误的结果。

产生原因：

  • 判断锁标识和释放锁是两个操作，没有保证原子性。

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2.3 分布式锁的原子性问题

要想解决操作原子性问题，我们可以使用Lua脚本解决多条命令原子性问题。

Redis提供的调用函数，语法如下：

# 执行redis的命令
redis.call('命令名称','key','其他参数',...)

Lua脚本

-- 锁的key
local key = KEYS[1]
-- 当前线程标识
local threadId = ARGV[1]
-- 比较线程标识与锁中的标识是否一致
if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
	-- 释放锁
	return redis.call('del', KEYS[1])
end
return 0

Lua脚本处理逻辑

  • 获取锁中的线程标识
  • 判断是否与当前线程标识一致
    • 一致，手动删除锁
    • 不一致，不做处理

2.4 Redis分布式锁存在的问题

上面的实现逻辑呢，其实就已经能满足简单的分布式锁的功能了，但是由于它是我们自己实现的，所以还是会有一些问题：

（1）不可重入：同一个线程只能获取一次锁，无法多次获取同一把锁，如果我们有嵌套业务都需要用到分布式锁，那么这种Redis实现的锁就不可以使用了。

（2）不可重试：获取锁时如果获取失败就直接返回了，没有重试机制，这种对性能来说其实并不友好。

（3）超时释放：锁超时释放虽然可以避免死锁，但是如何业务执行耗时较长也会导致锁超时释放，存在不可预估的问题。

（4）主从一致性无法保证：如果Redis提供了主从集群，因为主从同步存在延迟，并且一般都是主写从读。如果线程在主节点获取了锁，并且尚未同步给从节点的过程中，突然主节点宕机，虽然Redis会重新选取一个从节点作为新的主节点，但是新主节点中没有锁的标识，所以也会出现多线程并行执行业务的情况（情况出现概率极低）。