分布式锁常见问题及其解决方案

news2024/11/26 8:30:10

一、为什么要使用分布式锁？

因为在集群下，相当于多个JVM，就相当于多个锁，集群之间锁是没有关联的，会照成锁失效从而导致线程安全问题

分布式锁可以分别通过MySQL、Redis、Zookeeper来进行实现

在这里插入图片描述

二、redis分布式锁的实现（基于setnx实现的分布式锁）

  • 创建ILock接口
package com.hmdp.utils;

public interface ILock {

    /**
     * 尝试获取锁
     * @param timeoutSec
     * @return
     */
    boolean tryLock(long timeoutSec);

    /**
     * 释放锁
     */
    void unLock();
}
  • 创建SimpleRedisLock实现类
package com.hmdp.utils;

import cn.hutool.core.lang.UUID;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;

    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

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

    private static final String KEY_PREFIX = "lock";

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        // 获取线程标示
        String threadId = 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() {
     	// 释放锁
     	stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

三、以上Redis分布式锁存在的一些问题

1、锁的误删问题

问题：线程1拿到锁产生了业务阻塞，这个时候锁已经超时释放导致线程2可以拿到锁，这时线程1业务执行完会将线程2的锁进行释放

在这里插入图片描述

解决方案：在释放锁的时候进行判断，是否是自己的锁

SimpleRedisLock实现类代码优化：

package com.hmdp.utils;

import cn.hutool.core.lang.UUID;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;

    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

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

    private static final String KEY_PREFIX = "lock";
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        // 获取线程标示
        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() {
        // 获取线程标示
        String threadId =ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 获取锁中的标示
        String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
        // 判断标示是否一致
        if (threadId.equals(id)) {
            // 释放锁
            stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
        }
    }
}
2、原子性问题

问题：线程1获取锁，执行业务结束，判断锁是否是自己的，判断成功，可能在Jvm垃圾回收的时候阻塞时间过长（这是在判断成功和释放锁之间执行的动作）导致锁超时释放，这个时候线程2可以成功获取到锁，当线程1阻塞结束，因为判断锁是否是自己的已经成功，所以线程1直接删除锁，从而导致误删了线程2的锁

在这里插入图片描述

解决思路：保证判断和释放的原子性

解决方法：

  • 创建lua文件并编写lua脚本(IDEA需要下载插件EmmyLua)

**加粗样式
**

  • lua脚本内容
-- 比较线程标示与锁中的标示是否一致
if(redis.call('get',KEYS[1]) == ARGY[1]) then
    return redis.call('del',KEYS[1])
end
return 0
  • 调用lua脚本

SimpleRedisLock实现类代码修改

package com.hmdp.utils;

import cn.hutool.core.lang.UUID;
import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;

import java.util.Collections;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;

    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

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

    private static final String KEY_PREFIX = "lock";
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
    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 boolean tryLock(long timeoutSec) {
        // 获取线程标示
        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() {
        // 调用lua脚本
        stringRedisTemplate.execute(
                UNLOCK_SCRIPT,
                Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
                ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
    }
}
3、还存在一些问题
  • 不可重入：同一个线程无法多次获取同一把锁
  • 不可重试：获取锁只尝试一次就返回false，没有重试机制
  • 超时释放：锁超时释放虽然可以避免死锁，但如果是业务执行耗时较长，也会导致锁释放，存在安全隐患
  • 主从一致性：如果Redis提供了主从集群，主从同步存在延迟，当主宕机时，如果从并同步主中的锁数据，则会出现锁实现

以上自己设计Redis分布式锁是为了让大家了解分布式锁的基本原理，在企业中直接通过Redisson来实现就可以

四、Redisson

1.什么是Redisson？

Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网络。它不仅提供了一系列的分布式的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

2.使用方法

1.引入依赖

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

2.配置Redisson

package com.hmdp.config;

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(){
        // 配置
        Config config = new Config();
        // 配置自己的虚拟机地址和密码   配置密码是setPassword()，我虚拟机没有密码，所以省略
        config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.198.138:6379");
        // 创建RedissonClient对象
        return Redisson.create(config);
    }

}

3.使用Redisson的分布式锁

	@Resource
    private RedissonClient redissonClient;
    
    
   	@Test
   	void testRedisson() throws InterruptedException {
   		// 获取锁（可重入），指定锁的名称
   		RLock lock = redissonClient.getLock("anyLock");
   		// 尝试获取锁，参数分别是：获取锁的最大等待时间（期间会重试），锁自动释放时间，时间单位
   		boolean isLock = lock.tryLock(1,10,TimeUnit.SECONDS);
   		// 判断释放获取成功
   		if(isLock) {
   			try {
   				System.out.println("执行业务");
   			} finally {
   				// 释放锁
   				lock.unlock();
   			}
   		}
   	}
3.Redisson可重入锁原理

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

4.Redisson分布式锁原理

在这里插入图片描述

  • 可重入：利用hash结构记录线程id和重入次数

  • 可重试：利用信号量和PubSub功能实现等待、唤醒、获取锁失败的重试机制

  • 超时续约：利用watchDog，每隔一段时间（releaseTime / 3），重置超时时间

  • 主从一致性：利用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

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