前言
分布式锁主要是解决集群，分布式下数据一致性的问题。在单机的环境下，应用是在同一进程下的，只需要保证单进程多线程环境中的线程安全性，通过 JAVA 提供的 volatile、ReentrantLock、synchronized 以及 concurrent 并发包下一些线程安全的类等就可以做到。
分布式锁的实现主要有以下方式：
-
基于数据库
-
基于分布式协调系统
-
基于缓存
-
基于redis命令。如:setnx等操作
-
基于redis Lua脚本能力（本文介绍的实现方式 redisson）
-
一、Redisson的使用
Redisson 支持单点模式、主从模式、哨兵模式、集群模式，这里以单点模式为例
引入maven依赖
<!-- maven版本号根据项目版本自行调整 -->
<!--redis-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
<version>2.4.0</version>
</dependency>
<!--使用redisson作为分布式锁-->
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.16.8</version>
</dependency>
yml配置
spring:
redis:
# Redis数据库索引（默认为0）
database: 0
# Redis服务器地址
host: 127.0.0.1
# Redis服务器连接端口
port: 6379
# Redis服务器链接密码（默认为空）
password:
jedis:
pool:
# 连接池最大链接数（负值表示没有限制）
max-active: 20
# 连接池最大阻塞等待时间（负值表示没有限制）
max-wait: -1
# 链接池中最大空闲链接
max-idle: 10
# 连接池中最小空闲链接
min-idle: 0
# 链接超市时间（毫秒）
timeout: 1000
Redisson配置
@Configuration
public class RedissonConfig {
@Value("${spring.redis.host}")
private String redisHost;
@Value("${spring.redis.password}")
private String redisPassword;
@Value("${spring.redis.port}")
private String port;
@Bean
@ConditionalOnMissingBean
public RedissonClient redissonClient() {
Config config = new Config();
//单机模式 依次设置redis地址和密码
System.out.println(redisHost);
// config.useSingleServer().setAddress("redis://" + redisHost + ":" + port).setPassword(redisPassword);
// 没有配置redis密码
config.useSingleServer().setAddress("redis://" + redisHost + ":" + port);
return Redisson.create(config);
}
}
测试用例
package com.example.aopdemo;
import com.example.aopdemo.springbootaopdemo.SpringBootDemoxzApplication;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import javax.annotation.Resource;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;
/**
* @ClassName RedissonTest
* @Description Redisson测试用例
* @Author 阿Q
* @Date 2022/11/26
*/
@Slf4j
@SpringBootTest(classes = SpringBootDemoxzApplication.class)
public class RedissonTest {
@Resource
private RedissonClient redissonClient;
@Resource
private ThreadPoolTaskExecutor executor;
// redisson分布式锁的key
private static final String LOCK_TEST_KEY = "redisson:lock:test";
int n = 500;
/**
* 分布式锁测试用例
*/
@Test
public void lockTest() {
// 利用 循环+多线程 模仿高并发请求
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.execute(() -> {
// 这里获取公平锁，遵循先进先出原则，方便测试
RLock fairLock = redissonClient.getFairLock(LOCK_TEST_KEY);
try {
// 尝试加锁
// waitTimeout 尝试获取锁的最大等待时间，超过这个值，则认为获取锁失败
// leaseTime 锁的持有时间,超过这个时间锁会自动失效（值应设置为大于业务处理的时间，确保在锁有效期内业务能处理完）
boolean lock = fairLock.tryLock(3000, 30, TimeUnit.MILLISECONDS);
if (lock){
log.info("线程:" + Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
log.info("剩余数量:{}", --n);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
log.info("线程:" + Thread.currentThread().getName() + "准备释放锁");
// 注意，无论出现任何情况，都要主动解锁
fairLock.unlock();
}
});
}
try {
// ->_-> 这里使当前方法占用的线程休息10秒，不要立即结束
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
二、Redisson源码分析
redisson这个框架的实现依赖了Lua脚本和Netty，以及各种Future及FutureListener的异步、同步操作转换，加锁和解锁过程中还巧妙地利用了redis的发布订阅功能
简单了解Lua脚本（Redisson 版本 3.16.8）
想要真正读懂redisson底层的加锁解锁实现，基本的lua脚本还是要了解一下的，这里作者就不深入了（毕竟我也是门外汉），大家有兴趣的可以去深入一下，这里只针对锁的实现来解释一下。另外，搜索公众号Linux就该这样学后台回复“猴子”，获取一份惊喜礼包。
加锁脚本
-
KEYS[1] 锁的名字
-
ARGV[1] 锁自动失效时间（毫秒，默认30s（看门狗续期时长））
-
ARGV[2] hash子项的key(uuid+threadId)
--如果锁不存在
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then
--重入次数初始为0后加一
redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);
--设锁的过期时间
redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);
--返回null-代表加锁成功
return nil;
--结束符
end;
--如果加锁的进程已存在
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then
--重入次数加一
redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);
--更新锁的过期时间(毫秒)
redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);
--返回null-代表重入成功
return nil;
--结束符
end;
--返回锁的剩余时间（毫秒）-代表加锁失败
return redis.call('pttl', KEYS[1]);
❝结论：当且仅当返回nil，才表示加锁成功；
❞
解锁脚本
-
KEYS[1] 锁的名字
-
KEYS[2] 发布订阅的
channel=redisson_lock__channel:{lock_name} -
ARGV[1] 发布订阅中解锁消息=0
-
ARGV[2] 看门狗续期时间
-
ARGV[3] hash子项的
key=uuid+threadId
--如果锁不存在
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then
--返回null-代表解锁成功
return nil;
end;
--重入次数减一
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1);
--如果重入次数不为0，对锁进行续期（使用看门狗的续期时间，默认续期30s）
if (counter > 0) then
redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]);
--返回0-代表锁的重入次数减一，解锁成功
return 0;
--否则重入次数<=0
else
--删除key
redis.call('del', KEYS[1]);
--向channel中发布删除key的消息
redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]);
--返回1-代表锁被删除，解锁成功
return 1;
end;
return nil;
❝结论：当且仅当返回1，才表示当前请求真正解锁；
❞
看门口续期lua脚本
io.netty.util.TimerTask每10秒执行一次（30（续期时间）/3）
-
KEYS[1] 锁的名字
-
ARGV[1]
--自己加的锁存在
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then
--续期
redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);
--1代表续期成功
return 1;
end;
--自己加的锁不存在，后续不需要再续期
return 0;
源码鉴赏
加锁逻辑
// tryLock 是Redisson加锁的核心代码，在这里，我们基本可以了解加锁的整个逻辑流程
@Override
public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 获取锁能容忍的最大等待时长
long time = unit.toMillis(waitTime);
// 获取当前系统时间 - 节点一
long current = System.currentTimeMillis();
// 获取当前线程id
long threadId = Thread.currentThread().getId();
// 【核心点1】尝试获取锁，若返回值为null，则表示已获取到锁
Long ttl = tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
if (ttl == null) {
return true;
}
// 剩余等待时长 = 最大等待时长-（当前时间-节点一）
time -= System.currentTimeMillis() - current;
if (time <= 0) {
acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
return false;
}
current = System.currentTimeMillis();
// 【核心点2】订阅解锁消息
CompletableFuture<RedissonLockEntry> subscribeFuture = subscribe(threadId);
try {
// 以阻塞的方式获取订阅结果，最大等待时常time
subscribeFuture.toCompletableFuture().get(time, TimeUnit.MILLISECONDS);
} catch (ExecutionException | TimeoutException e) {
// 判断异步任务是否不存在
if (!subscribeFuture.cancel(false)) {
subscribeFuture.whenComplete((res, ex) -> {
// 异步任务出现异常，取消订阅
if (ex == null) {
unsubscribe(res, threadId);
}
});
}
acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
return false;
}
try {
// 剩余等待时长
time -= System.currentTimeMillis() - current;
if (time <= 0) {
acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
return false;
}
// 循环获取锁
while (true) {
long currentTime = System.currentTimeMillis();
// 再次获取锁，成功则返回
ttl = tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {
return true;
}
time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
if (time <= 0) {
acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
return false;
}
currentTime = System.currentTimeMillis();
// 【核心点3】阻塞等待信号量唤醒或者超时，接收到订阅时唤醒
// 使用的是Semaphore#tryAcquire()
// 判断 锁的占有时间（ttl）是否小于等待时间
if (ttl >= 0 && ttl < time) {
commandExecutor.getNow(subscribeFuture).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
} else {
commandExecutor.getNow(subscribeFuture).getLatch().tryAcquire(time, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
if (time <= 0) {
acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
return false;
}
}
} finally {
// 因为是同步操作，所以无论加锁成功或失败，都取消订阅
unsubscribe(commandExecutor.getNow(subscribeFuture), threadId);
}
}
接下来，我们再一起看一下 tryAcquire()
private Long tryAcquire(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
// get方法就是以线程阻塞的方式获取结果，这里不再展示，有兴趣的朋友可以自行查看源码
return get(tryAcquireAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId));
}
/**
* 异步的方式尝试获取锁
*/
private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
RFuture<Long> ttlRemainingFuture;
// 占有时间等于 -1 表示会一直持有锁，直到业务进行完成，主动解锁（这里就显示出了finally的重要性）
if (leaseTime != -1) {
// 【核心点4】这里就是直接使用lua脚本
ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
} else {
ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(waitTime, internalLockLeaseTime,
TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
}
CompletionStage<Long> f = ttlRemainingFuture.thenApply(ttlRemaining -> {
// lock acquired
if (ttlRemaining == null) {
if (leaseTime != -1) {
internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
} else {
scheduleExpirationRenewal(threadId);
}
}
return ttlRemaining;
});
return new CompletableFutureWrapper<>(f);
}
/**
* 兄弟们看到这里应该就恍然大悟了吧，redisson最底层就是lua脚本的直接调用
* 这里就不作说明了，上面的lua脚本分析已经说的很明白了
*/
<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
return evalWriteAsync(getRawName(), LongCodec.INSTANCE, command,
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
Collections.singletonList(getRawName()), unit.toMillis(leaseTime), getLockName(threadId));
}
解锁逻辑
/**
* 解锁逻辑
*/
@Override
public void unlock() {
try {
// 相信看来上面的逻辑，兄弟们应该已经很熟悉redisson作者的编码习惯了，照例get还是以线程阻塞的方式获取结果
get(unlockAsync(Thread.currentThread().getId()));
} catch (RedisException e) {
if (e.getCause() instanceof IllegalMonitorStateException) {
throw (IllegalMonitorStateException) e.getCause();
} else {
throw e;
}
}
}
// 异步解锁
@Override
public RFuture<Void> unlockAsync(long threadId) {
// 调用异步解锁方法
// unlockInnerAsync() 是抽象方法，所有的实现方法都是直接调用lua脚本，这里不做展示，感兴趣的同学可以自行查看
// 调用真正的实现取决于上面我们创建什么样的lock对象
RFuture<Boolean> future = unlockInnerAsync(threadId);
CompletionStage<Void> f = future.handle((opStatus, e) -> {
cancelExpirationRenewal(threadId);
if (e != null) {
throw new CompletionException(e);
}
if (opStatus == null) {
IllegalMonitorStateException cause = new IllegalMonitorStateException("attempt to unlock lock, not locked by current thread by node id: "
+ id + " thread-id: " + threadId);
throw new CompletionException(cause);
}
return null;
});
return new CompletableFutureWrapper<>(f);
}
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