Redis 分布式锁：线程安全在分布式环境中的解决方案

news2024/11/15 12:10:52

Redis 分布式锁：线程安全在分布式环境中的解决方案

一 . 分布式锁
二 . 分布式锁的实现策略
- 2.1 引入 setnx
- 2.2 引入过期时间
- 2.3 引入校验 ID
- 2.4 引入 lua 脚本
- 2.5 引入看门狗
- 2.6 引入 redlock 算法

Hello , 大家好 , 这个专栏给大家带来的是 Redis 系列 ! 本篇文章给大家讲解的是 Redis 的分布式锁. 我们会深入探讨分布式锁的概念和实现策略，这是分布式系统中确保多个进程间操作顺序和线程安全的重要机制。由于传统的锁机制仅在单个进程内部有效，分布式锁应运而生，以解决跨进程和跨主机的同步问题。

本专栏旨在为初学者提供一个全面的 Redis 学习路径，从基础概念到实际应用，帮助读者快速掌握 Redis 的使用和管理技巧。通过本专栏的学习，能够构建坚实的 Redis 知识基础，并能够在实际学习以及工作中灵活运用 Redis 解决问题 .
专栏地址 : Redis 入门实践

一 . 分布式锁

我们之前在多线程阶段学习到了一个问题 : 线程安全问题 , 通过线程安全问题引入了 “锁” 的概念 .

但是我们之前学习过的锁 , 本质上是只能在一个进程内部生效 , 而我们分布式系统中 , 是存在很多进程的 , 并且很多进程都是跨主机的 . 所以我们之前的锁就很难在分布式系统中发挥作用 , 并且在分布式系统中多个进程之间的执行顺序也是不确定的 , 更何必线程了 .

所以我们就需要引入一个新的 “分布式锁” 来解决上述问题

比如我们现在有这样的一个场景 : 买票

二 . 分布式锁的实现策略

2.1 引入 setnx

我们刚才介绍分布式锁的时候 , 触发查询操作的时候 , 就需要先在 Redis 中设置一个键值对 , 表示我现在正在查询 , 如果其他客户端查询这个键值对不为空 , 他就知道了我需要阻塞等待 .

那这个键值对实际上就是不存在才去设置 , 如果存在就不设置 , 那这不就是我们的 setnx 操作吗 .

虽然使用 setnx 可以得到分布式加锁效果 , 但是加锁之后我们还需要解锁 , 就可以使用 del 命令来去解锁 , 来去删除掉 Redis 中的键值对 .

但是我们考虑一个极端的情况 : 某个服务器加锁成功了 (setnx 执行成功) , 但是在执行后续逻辑过程中 , 程序崩溃了 (也就是没有执行到解锁操作 , 也就是 del 命令) , 这就比较尴尬了 .

2.2 引入过期时间

我们可以给设置的 key 设置过期时间 , 一旦时间到了 , key 就会自动被删除掉了 .

我们可以使用 set ex nx 这样的命令来去设置 .

但是使用 setnx + expire 这两条命令是不行的 , 因为 Redis 的多个命令是无法保证原子性的 , 就有可能出现一个成功一个失败的情况 . 相比之下 , 使用一条命令设置更加稳妥 .

这样的话 , 如果出现极端情况导致某个服务器挂了 , 没有正确的释放锁 , 那这个锁到达过期时间也就会自动释放了 .

2.3 引入校验 ID

我们介绍的 , 所谓分布式锁

加锁就是给 Redis 上设置一个 key-value
解锁就是将 Redis 上的 key-value 删除掉

那就有可能出现服务器 1 执行了加锁 , 服务器 2 执行了解锁 , 这样就出现一些不可预料的错误 , 导致分布式锁形同虚设 , 从而进一步引起超卖问题 .

那为了解决这个问题 . 就需要引入一些校验机制

给服务器编号 , 每一个服务器都有自己的标识
进行加锁的时候 , 设置 key-value , key 对应着要针对哪个资源进行加锁 , value 就可以存储刚才服务器的编号 , 标识出当前这个锁是哪个服务器加上的
后续解锁的时候 , 就可以针对 value 进行校验了 . 在解锁的时候先查询一下这个锁对应的服务器编号 (get key 操作) , 然后判定一下这个编号是否就是当前执行解锁操作的服务器编号 . 如果是才能执行 del , 如果不是就执行失败 .

那这些逻辑 , 就需要服务器端来去完成的逻辑 , 通过上述校验规则 , 就可以有效避免 “锁误删” 的概念 .

2.4 引入 lua 脚本

我们在解锁操作的时候 , 需要先查询判定 , 再进行 del 操作 . 那这两个操作不是原子的 , 就也有可能出现问题 .

比如 : 一个服务器内部 , 也有可能是多线程的 . 此时就有可能一个服务器中两个线程都在执行上述解锁操作

我们可以使用 Lua 语言来去编写一些逻辑 , 然后把这个脚本上传到 Redis 服务器上 , 然后就可以让客户端来控制 Redis 执行上述脚本了 . 并且 Redis 执行 Lua 脚本的过程 , 也是原子的 , 实际上就相当于执行一条命令 .

我们可以给一个示例代码来看一下 :

-- ARGV 是调用其他的脚本,需要给定参数,此处就需要传入一个服务器的 ID
if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then
	return redis.call('del',KEYS[1]) -- ID 匹配就执行删除操作
else
	return 0
end;