Redis（十八）Redlock算法

news2024/11/14 14:31:01

文章目录

    • 自研锁逻辑
      • lock加锁关键逻辑
    • Redlock红锁算法
      • 自研锁存在的问题
      • Redlock算法设计理念
      • Redison
      • Redisson使用案例
      • Redisson源码分析
      • 多机案例

自研锁逻辑

按照JUC里面java.util.concurrent.locks.Lock接规范编写

lock加锁关键逻辑

  1. 加锁的Lua脚本，通过redis里面的hash数据模型，加锁和可重入性都要保证
  2. 加锁不成，需要while进行重试并自旋
  3. 自动续期，加个钟
@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException
{
    if(time == -1L)
    {
    	//第一步
        String script =
                "if redis.call('exists',KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then    " +
                        "redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[1],1)    " +
                        "redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2])    " +
                        "return 1  " +
                "else   " +
                        "return 0 " +
                "end";
        System.out.println("lockName:"+lockName+"\t"+"uuidValue:"+uuidValue);
		//第二步
        while(!stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script,Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue,String.valueOf(expireTime)))
        {
            //暂停60毫秒
            try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(60); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }
        //第三步：新建一个后台扫描程序，来坚持key目前的ttl，是否到我们规定的1/2 1/3来实现续期
        renewExpire();
        return true;
    }
    return false;
}

Redlock红锁算法

https://redis.io/docs/manual/patterns/distributed-locks/

自研锁存在的问题

在这里插入图片描述

线程 1 首先获取锁成功，将键值对写入 redis 的 master 节点，在 redis 将该键值对同步到 slave 节点之前，master 发生了故障；redis 触发故障转移，其中一个 slave 升级为新的 master，此时新上位的master并不包含线程1写入的键值对，因此线程 2 尝试获取锁也可以成功拿到锁，此时相当于有两个线程获取到了锁，可能会导致各种预期之外的情况发生，例如最常见的脏数据。
我们加的是排它独占锁，同一时间只能有一个建redis锁成功并持有锁，严禁出现2个以上的请求线程拿到锁。危险的在这里插入图片描述

Redlock算法设计理念

Redis也提供了Redlock算法，用来实现基于多个实例的分布式锁。
锁变量由多个实例维护，即使有实例发生了故障，锁变量仍然是存在的，客户端还是可以完成锁操作。
Redlock算法是实现高可靠分布式锁的一种有效解决方案，可以在实际开发中使用。

Redison

https://github.com/redisson/redisson/wiki/8.-distributed-locks-and-synchronizers/#84-redlock

@Autowired
private Redisson redisson;
public String saleByRedisson()
{
    String retMessage = "";

    RLock redissonLock = redisson.getLock("zzyyRedisLock");
    redissonLock.lock();

    try
    {
        //1 查询库存信息
        String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get("inventory001");
        //2 判断库存是否足够
        Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
        //3 扣减库存，每次减少一个
        if(inventoryNumber > 0)
        {
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("inventory001",String.valueOf(--inventoryNumber));
            retMessage = "成功卖出一个商品,库存剩余:"+inventoryNumber;
            System.out.println(retMessage+"\t"+"服务端口号"+port);
        }else{
            retMessage = "商品卖完了,o(╥﹏╥)o";
        }
    }finally {
        //改进点，只能删除属于自己的key，不能删除别人的
        if(redissonLock.isLocked() && redissonLock.isHeldByCurrentThread())
        {
            redissonLock.unlock();
        }
    }
    return retMessage+"\t"+"服务端口号"+port;
}

Redisson使用案例

https://github.com/redisson/redisson#quick-start
YML

<dependency>
   <groupId>org.redisson</groupId>
   <artifactId>redisson</artifactId>
   <version>3.27.1</version>
</dependency>

RedisConfig

//单机
@Configuration
public class RedisConfig
{
    @Bean
    public RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(LettuceConnectionFactory lettuceConnectionFactory)
    {
        RedisTemplate<String,Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();
        redisTemplate.setConnectionFactory(lettuceConnectionFactory);
        //设置key序列化方式string
        redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        //设置value的序列化方式json
        redisTemplate.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());

        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        redisTemplate.setHashValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());

        redisTemplate.afterPropertiesSet();

        return redisTemplate;
    }

    //单Redis节点模式
    @Bean
    public Redisson redisson()
    {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.111.175:6379").setDatabase(0).setPassword("111111");
        return (Redisson) Redisson.create(config);
    }
}

@Autowired
private Redisson redisson;
public String saleByRedisson()
{
    String retMessage = "";

    RLock redissonLock = redisson.getLock("zzyyRedisLock");
    redissonLock.lock();

    try
    {
        //1 查询库存信息
        String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get("inventory001");
        //2 判断库存是否足够
        Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
        //3 扣减库存，每次减少一个
        if(inventoryNumber > 0)
        {
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("inventory001",String.valueOf(--inventoryNumber));
            retMessage = "成功卖出一个商品,库存剩余:"+inventoryNumber;
            System.out.println(retMessage+"\t"+"服务端口号"+port);
        }else{
            retMessage = "商品卖完了,o(╥﹏╥)o";
        }
    }finally {
        //改进点，只能删除属于自己的key，不能删除别人的
        if(redissonLock.isLocked() && redissonLock.isHeldByCurrentThread())
        {
            redissonLock.unlock();
        }
    }
    return retMessage+"\t"+"服务端口号"+port;
}

Redisson源码分析

守护线程续命

分布式锁过期，但业务逻辑没有处理完

在获取锁成功后，给锁加一个watchdog，watchdog会启动一个定时任务，在锁没有被释放且快要过期的时候续期。
源码分析1

Redission创建锁key，默认30秒

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
源码分析2

调用锁方法->AQS尝试获取锁->锁续期

RedissonLock.java
lock()—tryAcquire()—tryAcquireAsync()—

在这里插入图片描述
源码分析3

lua脚本保证原子性

  1. 通过exists判断，如果锁不存在，则设置值和过期时间，加锁成功
  2. 通过hexists判断，如果锁已存在，并且锁的是当前线程，则证明是重入锁，加锁成功
  3. 如果锁已存在，但锁的不是当前线程，则证明有其他线程持有锁。返回当前锁的过期时间(代表了锁key的剩余生存时间)，加锁失败

在这里插入图片描述
源码分析4

续期

在这里插入图片描述
这里面初始化了一个定时器，dely 的时间是 internalLockLeaseTime/3。
在 Redisson 中，internalLockLeaseTime 是 30s，也就是每隔 10s 续期一次，每次 30s。
在这里插入图片描述

客户端A加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，他是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果客户端A还持有锁key，那么就会不断的延长锁key的生存时间，默认每次续命又从30秒新开始

在这里插入图片描述

多机案例

理论来源官网：
在这里插入图片描述
这个锁的算法实现了多redis实例的情况，相对于单redis节点来说，优点在于防止了单节点故障造成整个服务停止运行的情况且在多节点中锁的设计，及多节点同时崩溃等各种意外情况有自己独特的设计方法。

Redisson 分布式锁支持 MultiLock 机制可以将多个锁合并为一个大锁，对一个大锁进行统一的申请加锁以及释放锁。

最低保证分布式锁的有效性及安全性的要求如下：

  1. 互斥；任何时刻只能有一个client获取锁
  2. 释放死锁；即使锁定资源的服务崩溃或者分区，仍然能释放锁
  3. 容错性；只要多数redis节点（一半以上）在使用，client就可以获取和释放锁

基于故障转移实现的redis主从无法真正实现Redlock:

因为redis在进行主从复制时是异步完成的，比如在clientA获取锁后，主redis复制数据到从redis过程中崩溃了，导致没有复制到从redis中，然后从redis选举出一个升级为主redis,造成新的主redis没有clientA 设置的锁，这是clientB尝试获取锁，并且能够成功获取锁，导致互斥失效；

已弃用This object（RedLock） is deprecated Use RLock or RFencedLock instead.
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
案例

docker run -p 6381:6379 --name redis-master-1 -d redis
docker run -p 6382:6379 --name redis-master-2 -d redis
docker run -p 6383:6379 --name redis-master-3 -d redis

docker exec -it redis-master-1 /bin/bash 或者 docker exec -it redis-master-1 redis-cli

POM

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.19.1</version>
</dependency>

spring.redis.single.address1=192.168.217.129:6381
spring.redis.single.address2=192.168.217.129:6382
spring.redis.single.address3=192.168.217.129:6383

读取配置类

@ConfigurationProperties(prefix = "spring.redis", ignoreUnknownFields = false)
@Data
public class RedisProperties {
    private int database;
    /**
     * 等待节点回复命令的时间。该时间从命令发送成功时开始计时
     */
    private int timeout;
    private String password;
    private String mode;
    /**
     * 池配置
     */
    private RedisPoolProperties pool;
    /**
     * 单机信息配置
     */
    private RedisSingleProperties single;
}
@Data
public class RedisPoolProperties {
    private int maxIdle;
    private int minIdle;
    private int maxActive;
    private int maxWait;
    private int connTimeout;
    private int soTimeout;
    /**
     * 池大小
     */
    private  int size;
}
@Data
public class RedisSingleProperties {
    private  String address1;
    private  String address2;
    private  String address3;
}

配置类

@Configuration
@EnableConfigurationProperties(RedisProperties.class)
public class CacheConfiguration {
    @Autowired
    RedisProperties redisProperties;
    
    @Bean
    RedissonClient redissonClient1() {
        Config config = new Config();
        String node = redisProperties.getSingle().getAddress1();
        node = node.startsWith("redis://") ? node : "redis://" + node;
        SingleServerConfig serverConfig = config.useSingleServer()
                .setAddress(node)
                .setTimeout(redisProperties.getPool().getConnTimeout())
                .setConnectionPoolSize(redisProperties.getPool().getSize())
                .setConnectionMinimumIdleSize(redisProperties.getPool().getMinIdle());
        if (StringUtils.isNotBlank(redisProperties.getPassword())) {
            serverConfig.setPassword(redisProperties.getPassword());
        }
        return Redisson.create(config);
    }
    @Bean
    RedissonClient redissonClient2() {
        Config config = new Config();
        String node = redisProperties.getSingle().getAddress2();
        node = node.startsWith("redis://") ? node : "redis://" + node;
        SingleServerConfig serverConfig = config.useSingleServer()
                .setAddress(node)
                .setTimeout(redisProperties.getPool().getConnTimeout())
                .setConnectionPoolSize(redisProperties.getPool().getSize())
                .setConnectionMinimumIdleSize(redisProperties.getPool().getMinIdle());
        if (StringUtils.isNotBlank(redisProperties.getPassword())) {
            serverConfig.setPassword(redisProperties.getPassword());
        }
        return Redisson.create(config);
    }

    @Bean
    RedissonClient redissonClient3() {
        Config config = new Config();
        String node = redisProperties.getSingle().getAddress3();
        node = node.startsWith("redis://") ? node : "redis://" + node;
        SingleServerConfig serverConfig = config.useSingleServer()
                .setAddress(node)
                .setTimeout(redisProperties.getPool().getConnTimeout())
                .setConnectionPoolSize(redisProperties.getPool().getSize())
                .setConnectionMinimumIdleSize(redisProperties.getPool().getMinIdle());
        if (StringUtils.isNotBlank(redisProperties.getPassword())) {
            serverConfig.setPassword(redisProperties.getPassword());
        }
        return Redisson.create(config);
    }

    /**
     * 单机
     * @return
     */
    /*@Bean
    public Redisson redisson()
    {
        Config config = new Config();

        config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.111.147:6379").setDatabase(0);

        return (Redisson) Redisson.create(config);
    }*/
}

controller

@RestController
@Slf4j
public class RedLockController {

    public static final String CACHE_KEY_REDLOCK = "ATGUIGU_REDLOCK";

    @Autowired
    RedissonClient redissonClient1;

    @Autowired
    RedissonClient redissonClient2;

    @Autowired
    RedissonClient redissonClient3;

    boolean isLockBoolean;

    @GetMapping(value = "/multiLock")
    public String getMultiLock() throws InterruptedException
    {
        String uuid =  IdUtil.simpleUUID();
        String uuidValue = uuid+":"+Thread.currentThread().getId();

        RLock lock1 = redissonClient1.getLock(CACHE_KEY_REDLOCK);
        RLock lock2 = redissonClient2.getLock(CACHE_KEY_REDLOCK);
        RLock lock3 = redissonClient3.getLock(CACHE_KEY_REDLOCK);

        RedissonMultiLock redLock = new RedissonMultiLock(lock1, lock2, lock3);
        redLock.lock();
        try
        {
            System.out.println(uuidValue+"\t"+"---come in biz multiLock");
            try { TimeUnit.SECONDS.sleep(30); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            System.out.println(uuidValue+"\t"+"---task is over multiLock");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            log.error("multiLock exception ",e);
        } finally {
            redLock.unlock();
            log.info("释放分布式锁成功key:{}", CACHE_KEY_REDLOCK);
        }

        return "multiLock task is over  "+uuidValue;
    }

}

自动续期
在这里插入图片描述

命令

ttI ATGUIGU_REDLOCK
HGETALL ATGUIGU_REDLOCK
shutdown
docker start redis-master-1
docker exec -it redis-master-1 redis-cli

在这里插入图片描述

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C语言例4-7：格式字符f的使用例子

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%f&#xff0c;实型&#xff0c;小数部分为6位 代码如下&#xff1a; //格式字符f的使用例子 #include<stdio.h> int main(void) {float f 123.456;double d1, d2;d11111111111111.111111111;d22222222222222.222222222;printf("%f,%12f,%12.2f,%-12.2f,%.2f\n&qu…
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