分布式锁 分布式锁解决了什么问题 如何实现 看门狗机制是什么

news2024/11/16 0:22:17

分布式锁的基本概念

在 Redis 中实现分布式锁的常用方式是通过 SETNX 命令（SET with NX option）来设置一个键（key），这个键代表锁。如果 key 不存在，SETNX 会设置成功，并返回 1，表示成功获取锁。如果 key 已经存在，SETNX 会返回 0，表示获取锁失败。

线程号在 Redis 锁中的作用

通常，为了确保在释放锁时只有锁的持有者能够删除这个锁，会在锁的 key 或 value 中保存线程标识符或节点标识符（例如，线程 ID 或唯一的随机值）。这样，在解锁时，可以验证当前操作的线程是否为持有该锁的线程。

你提到的问题分析

1. 关于 key 和线程号

如果你理解的是在锁的 key 中添加线程号，那确实会导致每个线程设置的 key 不一样。例如，假设线程 A 设置的 key 为 lock:threadA，线程 B 设置的 key 为 lock:threadB，那么它们各自的 key 是独立的，互不影响。这种情况下，确实每个线程都会成功设置自己的 key，但这实际上并不是我们想要的分布式锁效果，因为每个线程都能创建自己的锁，而不会有竞争关系。

2. 正确的做法：在 value 中保存线程标识符

通常情况下，锁的 key 是固定的，比如 lock:resource_id，表示对某个资源的锁，而不同线程或节点通过在 value 中存储唯一的标识符来区分持有锁的线程。

示例：

go复制代码// 线程 A 尝试获取锁
SET lock:resource_id "threadA" NX PX 30000

// 线程 B 尝试获取锁
SET lock:resource_id "threadB" NX PX 30000
  • 如果线程 A 成功获取锁，那么 lock:resource_id 的 value 就是 "threadA"。
  • 如果线程 B 尝试获取锁，因为 key 已经存在，操作会失败。
3. 释放锁

当线程 A 需要释放锁时，会先检查 key 的 value 是否等于 "threadA"，如果是，才能删除锁：

go复制代码if GET lock:resource_id == "threadA" {
    DEL lock:resource_id
}

这样，只有持有锁的线程才能释放锁，避免其他线程误删。

总结

  • 锁的 key：应固定，表示要锁定的资源。
  • 锁的 value：保存线程或节点的唯一标识符，用于区分持有锁的线程或节点。

在 Redis 分布式锁中，所有线程都应该尝试设置相同的 key，而区分不同线程的是 value 中的标识符。你提到的问题可能是在理解时将线程标识符放在了 key 中，这样会导致每个线程创建的 key 不一样，从而失去了锁的作用。

在 Go 中结合 Redis 实现一个简单的分布式锁，通常可以使用 Redis 的 SET 命令和一些关键选项，如 NX（表示仅在键不存在时才设置键）和 PX（设置键的过期时间，以毫秒为单位）。以下是一个示例代码，演示如何使用 Redis 实现一个分布式锁。

1. 环境准备

首先，确保你已经安装了 Redis，并在 Go 项目中引入了 Redis 的 Go 客户端库 go-redis。

bash
复制代码
go get github.com/redis/go-redis/v9

2. 实现分布式锁

以下代码展示了如何在 Go 中使用 Redis 实现一个简单的分布式锁。

go复制代码package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "github.com/redis/go-redis/v9"
    "time"
)

var ctx = context.Background()

// 尝试获取分布式锁
func acquireLock(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration) (bool, error) {
    // SET key value NX PX expiration
    result, err := client.SetNX(ctx, key, value, expiration).Result()
    if err != nil {
        return false, err
    }
    return result, nil
}

// 释放分布式锁
func releaseLock(client *redis.Client, key string, value string) (bool, error) {
    // Lua脚本保证原子性
    luaScript := `
        if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
            return redis.call("DEL", KEYS[1])
        else
            return 0
        end
    `
    result, err := client.Eval(ctx, luaScript, []string{key}, value).Int()
    if err != nil {
        return false, err
    }
    return result == 1, nil
}

func main() {
    // 创建Redis客户端
    client := redis.NewClient(&redis.Options{
        Addr: "localhost:6379", // Redis服务器地址
    })

    // 锁的key和value
    lockKey := "my_lock"
    lockValue := "unique_value" // 每个线程应生成唯一的值，通常是UUID或线程ID

    // 尝试获取锁，设置10秒过期
    locked, err := acquireLock(client, lockKey, lockValue, 10*time.Second)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error acquiring lock:", err)
        return
    }

    if locked {
        fmt.Println("Lock acquired successfully!")
        // 执行需要保护的操作...

        // 操作完成后释放锁
        unlocked, err := releaseLock(client, lockKey, lockValue)
        if err != nil {
            fmt.Println("Error releasing lock:", err)
            return
        }
        if unlocked {
            fmt.Println("Lock released successfully!")
        } else {
            fmt.Println("Failed to release lock!")
        }
    } else {
        fmt.Println("Failed to acquire lock, another process might hold it.")
    }
}

在这里插入图片描述

3. 代码说明

  1. 获取锁 (acquireLock):
    • 使用 SETNX 命令尝试获取锁。如果 key 不存在，则设置该 key，同时指定过期时间，确保锁在超时后会自动释放。
    • 如果 key 已经存在，SETNX 返回 false，表示获取锁失败。
  2. 释放锁 (releaseLock):
    • 为了防止误释放锁（例如：锁已过期并被其他线程重新获取），我们使用 Lua 脚本保证删除操作的原子性。
    • 只有当 key 的 value 与当前线程持有的锁的 value 一致时，才删除锁。
  3. 主函数 (main):
    • 创建 Redis 客户端，连接到 Redis 服务器。
    • 尝试获取锁并进行保护的操作。
    • 完成操作后释放锁。

4. 扩展

在实际应用中，分布式锁可能需要更多功能，例如自动续期、死锁检测等。这些功能可以根据具体需求进行扩展。还可以使用现成的库，如 Redlock 实现更复杂的分布式锁机制。

看门狗机制

分布式锁中的“开门狗机制”是用来解决锁过期时间不足而导致的锁提前释放的问题。开门狗机制可以自动延长锁的有效期，防止在锁持有者还在执行任务时锁被释放，从而避免其他客户端意外获得锁。

为什么需要开门狗机制？

当一个客户端获取分布式锁时，它通常会设置一个锁的过期时间（TTL），以防止锁因为某些意外原因（例如客户端崩溃）而永远不被释放。TTL 确保了即使客户端没有主动释放锁，锁也会在一定时间后自动释放。

然而，任务执行的时间有时可能比预期的要长。如果没有合适的机制，锁的 TTL 到期后，锁会被自动释放，导致其他客户端可能在任务尚未完成时获得锁，进而引发数据一致性问题。 看门狗可以更新所得到期时间

看门狗机制的工作原理

开门狗机制主要包括以下步骤：

  1. 获取锁并设置初始TTL：客户端获取锁时，设置一个初始的 TTL（例如 10 秒）。
  2. 定期续约：在锁持有期间，客户端启动一个后台任务（开门狗），定期检查锁的状态。如果客户端依然持有锁，并且任务还在执行，开门狗会延长锁的TTL。例如，每隔一半的TTL时间（例如5秒），将锁的TTL重置为原来的TTL时间（例如10秒）。
  3. 释放锁：一旦任务完成，客户端主动释放锁，同时停止开门狗。

示例代码

以下是一个简单的示例，演示如何在 Go 中实现带开门狗机制的分布式锁。

go复制代码package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "github.com/redis/go-redis/v9"
    "time"
)

var ctx = context.Background()

// 获取分布式锁，带初始TTL
func acquireLock(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration) (bool, error) {
    result, err := client.SetNX(ctx, key, value, expiration).Result()
    if err != nil {
        return false, err
    }
    return result, nil
}

// 续约锁的TTL
func renewLock(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration) error {
    luaScript := `
        if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
            return redis.call("PEXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
        else
            return 0
        end
    `
    _, err := client.Eval(ctx, luaScript, []string{key}, value, int(expiration.Milliseconds())).Result()
    return err
}

// 释放分布式锁
func releaseLock(client *redis.Client, key string, value string) (bool, error) {
    luaScript := `
        if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
            return redis.call("DEL", KEYS[1])
        else
            return 0
        end
    `
    result, err := client.Eval(ctx, luaScript, []string{key}, value).Int()
    if err != nil {
        return false, err
    }
    return result == 1, nil
}

// 开门狗机制，定期续约锁的TTL
func startWatchdog(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration, interval time.Duration, stopChan chan bool) {
    ticker := time.NewTicker(interval)
    defer ticker.Stop()

    for {
        select {
        case <-ticker.C:
            // 续约锁的TTL
            err := renewLock(client, key, value, expiration)
            if err != nil {
                fmt.Println("Error renewing lock:", err)
                return
            }
            fmt.Println("Lock renewed for another", expiration)
        case <-stopChan:
            fmt.Println("Watchdog stopped")
            return
        }
    }
}

func main() {
    // 创建Redis客户端
    client := redis.NewClient(&redis.Options{
        Addr: "localhost:6379",
    })

    // 锁的key和value
    lockKey := "my_lock"
    lockValue := "unique_value"

    // 尝试获取锁，设置初始TTL为10秒
    locked, err := acquireLock(client, lockKey, lockValue, 10*time.Second)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error acquiring lock:", err)
        return
    }

    if locked {
        fmt.Println("Lock acquired successfully!")

        // 启动开门狗机制，间隔5秒续约，TTL为10秒
        stopChan := make(chan bool)
        go startWatchdog(client, lockKey, lockValue, 10*time.Second, 5*time.Second, stopChan)

        // 模拟执行任务
        time.Sleep(15 * time.Second)

        // 任务完成后释放锁
        unlocked, err := releaseLock(client, lockKey, lockValue)
        if err != nil {
            fmt.Println("Error releasing lock:", err)
            return
        }
        if unlocked {
            fmt.Println("Lock released successfully!")
        } else {
            fmt.Println("Failed to release lock!")
        }

        // 停止开门狗
        stopChan <- true
    } else {
        fmt.Println("Failed to acquire lock, another process might hold it.")
    }
}

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