一、锁的种类

二、分布式锁具备的条件与刚需

三、springboot+redis+ngnix单机实现案例

四、Nginx配置负载均衡

4.1、修改nginx配置文件

4.2、执行启动命令

4.3、启动微服务程序测试

五、使用redis分布式锁

5.1、方法递归重试

5.2、自旋方式

5.3、添加key过期时间，防死锁

5.4、防止误删除

5.6、使用Lua脚本优化

5.7、可重入锁

5.7.1、隐式锁(synchronized)

5.7.2、显式锁(Lock)

5.7.3、redis的Map类型替代可重入锁的计数问题

5.8、自动续期

一、锁的种类

1、单机版同一个JVM虚拟机内，synchronized或者Lock接口

2、分布式多个不同JVM虚拟机，单机的线程机制不再起作用，资源类不在同一服务器上，不在共享。

二、分布式锁具备的条件与刚需

独占性：

OnlyOne，任何时刻只能有且仅有一个线程持有。

高可用：

在redis集群环境下，不能因为某一个节点挂掉而出现获取锁和释放锁失败的情况，高并发请求下，依旧性能好用。

防死锁：

杜绝死锁，必须有超时控制机制或者撤销操作，必须有最终解决方案。

不乱抢：

自己的锁只能自己释放，不能释放不属于自己的锁。

重入性：

同一个节点的同一个线程如果获得锁之后，它也可以再次获取这个锁。

三、springboot+redis+ngnix单机实现案例

场景：

多个服务间保证同一时刻同一时间段内同一用户只能有一个请求（防止关键业务出现并发攻击）

采用微服务创建：

test1与test2两台pom导入jar一致

    <dependencies>
        <!--redis-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>
        <!--web-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.commons</groupId>
            <artifactId>commons-pool2</artifactId>
        </dependency>
        <!--swagger2-->
        <dependency>
            <groupId>io.springfox</groupId>
            <artifactId>springfox-swagger2</artifactId>
            <version>2.9.2</version>
        </dependency>
        <!--swagger-ui-->
        <dependency>
            <groupId>io.springfox</groupId>
            <artifactId>springfox-swagger-ui</artifactId>
            <version>2.9.2</version>
        </dependency>
        <!--hutool-->
        <dependency>
            <groupId>cn.hutool</groupId>
            <artifactId>hutool-all</artifactId>
            <version>5.7.13</version>
        </dependency>
        <!--lombok-->
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

springboot配置文件

server.port=8081
spring.application.name=redis7test1
#swagger2
spring.swagger2.enabled=true
spring.mvc.pathmatch.matching-strategy=ant_path_matcher
#redis配置
spring.redis.database=0
spring.redis.host=192.168.200.110
spring.redis.port=6379
spring.redis.password=123456
spring.redis.lettuce.pool.max-active=8
spring.redis.lettuce.pool.max-wait=-1ms
spring.redis.lettuce.pool.max-idle=8
spring.redis.lettuce.pool.min-idle=0

配置类

@Configuration
public class RedisConfig {
    /**
     * redis序列化配置类
     *
     */
    @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，使用GenericJackson2JsonRedisSerializer替换默认序列化
        redisTemplate.setValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
        redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());
        redisTemplate.setHashValueSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
        redisTemplate.afterPropertiesSet();
        return redisTemplate;
    }
}

@Component
@EnableSwagger2
public class SwaggerConfig {
    @Value("${spring.swagger2.enabled}")
    private Boolean enabled;
    @Bean
    public Docket createRestApi(){
        return new Docket(DocumentationType.SWAGGER_2)
                .apiInfo(apiInfo())
                .enable(enabled)
                .select()
                .apis(RequestHandlerSelectors.basePackage("com.cjc.redis7test1"))
                .paths(PathSelectors.any())
                .build();
    }
    public ApiInfo apiInfo(){
        return new ApiInfoBuilder()
                .title("springboot利用swagger2构建api接口文档"+"\t"+ DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd").format(LocalDateTime.now()))
                .description("springboot+redis整合,有问题联系客服小丽：123456789")
                .version("1.0")
                .termsOfServiceUrl("yyyyyyyyy")
                .build();
    }
}

service层

@Service
@Slf4j
public class InventoryServiceImpl implements InventoryService {
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    @Value("${server.port}")
    private String port;
    public static final String IN_KEY = "inventory";

    private Lock lock = new ReentrantLock();
    @Override
    public String sale() {
        String resultMessage = "";
        //加锁
        lock.lock();
        try {
            //查询redis里的库存
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
            //判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //卖出商品扣减库存
            if (inventoryNumber > 0){
                //存入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                 resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
            }else {
                resultMessage = "商品已售空";
            }
        } finally {
            //解锁
            lock.unlock();
        }
        return resultMessage;
    }
}

controller层

@RestController
@Slf4j
@Api(tags = "redis分布式锁测试")
public class InventoryController {
    @Autowired
    private InventoryService inventoryService;

    @ApiOperation("扣减库存，一次卖一个")
    @RequestMapping(value = "/sale",method = RequestMethod.GET)
    public String sale(){
        return inventoryService.sale();
    }
}

上述代码在test2上拷贝，修改端口号

四、Nginx配置负载均衡

上面的代码在分布式部署后，单机锁将会出现超卖现象，需要分布式锁。

4.1、修改nginx配置文件

cd /usr/local/nginx/conf目录下的nginx.conf文件

4.2、执行启动命令

在/usr/local/nginx/sbin目录下启动

启动命令：

./nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

关闭

./nginx -s stop

重启

./ngnix -s reload

4.3、启动微服务程序测试

手动测试，程序正常

使用jmeter工具进行压测

原因如下：

在单机环境下，可以使用synchronized或lock来实现

在分布式系统中，因为竞争的线程可能不在同一个节点上（即同一个jvm中）所以锁就失效了，就需要利用第三方的一个组件，来获取锁，未获取到锁，则阻塞当前想要运行的线程。

结论：

单机版加锁配合nginx和jmeter压测后，不满足高并发分布式锁的性能要求

五、使用redis分布式锁

5.1、方法递归重试

    @Override
    public String sale(){
        String resultMessage = "";
        String key = "redisLock";
        String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
        Boolean flag = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue);
        //没有抢到锁将进行重试
        if (!flag){
            //暂停20毫秒，进行递归重试,
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            sale();
        }else {
            //拿到锁进行业务处理
            try {
                //查询redis里的库存
                String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
                //判断库存是否足够
                Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
                //卖出商品扣减库存
                if (inventoryNumber > 0){
                    //存入redis
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                     resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                    log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
                }else {
                    resultMessage = "商品已售空";
                }
            } finally {
               stringRedisTemplate.delete(key);
            }
        }
        return resultMessage;
    }

使用方法递归重试测试通过，但并发量一高，容易出现StackOverflowError，高并发唤醒后推荐使用while判断，不推荐使用。

5.2、自旋方式

@Override
    public String sale() {
        String resultMessage = "";
        String key = "redisLock";
        String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
        //使用自旋代替递归，使用while进行判断
        while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue)){
            //暂停20毫秒，进行递归重试,
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //拿到锁进行业务处理
        try {
            //查询redis里的库存
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
            //判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //卖出商品扣减库存
            if (inventoryNumber > 0){
                //存入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
            }else {
                resultMessage = "商品已售空";
            }
        } finally {
            stringRedisTemplate.delete(key);
        }
        return resultMessage;
    }

上面代码在程序挂掉的情况下且没有走到finally这块，由于该key没有设置过期时间，导致会没办法删除。

5.3、添加key过期时间，防死锁

@Override
    public String sale() {
        String resultMessage = "";
        String key = "redisLock";
        String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
        //使用自旋代替递归，使用while进行判断
        //加锁和过期时间设置必须是同一行，保证原子性
        while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue,20L,TimeUnit.SECONDS)){
            //暂停20毫秒，进行递归重试,
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //拿到锁进行业务处理
        try {
            //查询redis里的库存
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
            //判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //卖出商品扣减库存
            if (inventoryNumber > 0){
                //存入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
            }else {
                resultMessage = "商品已售空";
            }
        } finally {
            stringRedisTemplate.delete(key);
        }
        return resultMessage;
    }

问题当A线程处理业务时间超过过期时间，B线程也建立了一道锁，会导致A线程误删除B线程的锁。

5.4、防止误删除

  @Override
    public String sale() {
        String resultMessage = "";
        String key = "redisLock";
        String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
        //使用自旋代替递归，使用while进行判断
        //加锁和过期时间设置必须是同一行，保证原子性
        while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue,20L,TimeUnit.SECONDS)){
            //暂停20毫秒，进行递归重试,
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //拿到锁进行业务处理
        try {
            //查询redis里的库存
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
            //判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //卖出商品扣减库存
            if (inventoryNumber > 0){
                //存入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
            }else {
                resultMessage = "商品已售空";
            }
        } finally {
            //删除锁时，判断该锁是否是同一客户端的
            if (stringRedisTemplate.opsForValue().get(key).equalsIgnoreCase(uuidValue)){
                stringRedisTemplate.delete(key);
            }
        }
        return resultMessage;
    }

在判断与删除时不是一个原子操作，可能会因为一些特性原因删除失败，需要使用Lua脚本进行优化

5.6、使用Lua脚本优化

    @Override
    public String sale() {
        String resultMessage = "";
        String key = "redisLock";
        String uuidValue = IdUtil.simpleUUID() + ":" + Thread.currentThread().getId();
        //使用自旋代替递归，使用while进行判断
        //加锁和过期时间设置必须是同一行，保证原子性
        while (!stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, uuidValue,20L,TimeUnit.SECONDS)){
            //暂停20毫秒，进行递归重试,
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        //拿到锁进行业务处理
        try {
            //查询redis里的库存
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
            //判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //卖出商品扣减库存
            if (inventoryNumber > 0){
                //存入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
            }else {
                resultMessage = "商品已售空";
            }
        } finally {
            //使用lua脚本的redis分布式调用
            String luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else" +
                    "\treturn 0 end";
            stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript(luaScript,Boolean.class), Arrays.asList(key),uuidValue);

        }
        return resultMessage;
    }

上述代码不满足可重入性

5.7、可重入锁

在同一个线程在外层方法获取锁的时候，再进入该线程的内层方法会自动获取锁(锁对象是同一对象)，不会因为之前已经获取过还没有释放而阻塞。Java中ReentrantLoak和synchronized都是可重入锁，可重入锁的一个优点是一定程度上避免了死锁。

5.7.1、隐式锁(synchronized)

    Object o =  new Object();
    @Test
    void contextLoads() {

        new Thread(()->{
            synchronized (o){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t外层调用");
                synchronized (o){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t中层调用");
                    synchronized (o){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t内层调用");

                    }
                }
            }
        },"a").start();
    }
    @Test
   void entry(){
      m1();
   }
    private synchronized void m1() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t外层调用");
        m2();
    }
    private synchronized void m2() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t中层调用");
        m3();
    }
    private synchronized void m3() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t内层调用");
    }

原理：

每个锁对象拥有一个锁计数器和一个指向持有该锁的线程的指针。

当执行monitorenter时，如果目标锁对象的计数器为0，那么它没有被其他线程所持有，Java虚拟机会将该锁对象的持有线程设置为当前线程，并且将计数器加1。

在目标锁对象的计数器不为零的情况下，如果锁对象的持有线程是当前线程，那么Java虚拟机可以将其计数器加1，否则需要等待，直到持有线程释放该锁。

当执行monitorexit时，Java虚拟机则需要将锁对象的计数器减1，计数器为零代表锁已被释放。

5.7.2、显式锁(Lock)

    @Test
    void lockTest(){
        Lock lock = new ReentrantLock();
        new Thread(()->{
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t外层调用");
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t中层调用");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        },"a1").start();
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        new Thread(()->{
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t内层调用");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        },"a2").start();
    }

5.7.3、redis的Map类型替代可重入锁的计数问题

加锁Lua脚本：

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

解锁Lua脚本：

if redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 0 then
return nil
elseif redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[1],-1) == 0 then
return redis.call('del',KEYS[1])
else
return 0
end

/**
 * 自定义redis分布式锁
 */
@Slf4j
public class MyRedisLock implements Lock {

   private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
   private String lockName;
   private String uuidValue;
   private Long expireTime;

    public MyRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String lockName,String uuid) {
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
        this.lockName = lockName;
        this.uuidValue = uuid + ":" + Thread.currentThread().getId();
        this.expireTime = 50L;
    }

    @Override
    public void lock() {
        tryLock();
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        try {
            tryLock(-1L,TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        return false;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        if (time == -1L){
            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";
            log.info("lockName:{},uuidValue:{}",lockName,uuidValue);
            //加锁失败重试
            Boolean execute = stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime));
            while (!execute){
               TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(60);
            }
            return true;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void unlock() {
        String script = "if redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 0 then\t" +
                "return nil\t" +
                "elseif redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[1],-1) == 0 then\t" +
                "return redis.call('del',KEYS[1])\t" +
                "else\t" +
                "return 0\t" +
                "end";
        Long flag = stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue,String.valueOf(expireTime));
        if (flag == null){
            throw new RuntimeException("this lock doesn't exists");
        }
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {

    }

@Component
public class DistributedLockFactory {
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private String lockName;
    private String uuid;

    public DistributedLockFactory() {
        this.uuid = IdUtil.simpleUUID();
    }

    public Lock getDistributedLock(String lockType){
        if (lockType == null){
            return null;
        }
        if (lockType.equalsIgnoreCase("REDIS")){
            lockName = "redisLock";
            return  new MyRedisLock(stringRedisTemplate,lockName,uuid);
        }
        if (lockType.equalsIgnoreCase("MySQL")){
            this.lockName = "mysqlLock";
            //TODO 完善
            return  null;
        }
        return null;
    }
}

@Override
    public String sale() {
        String resultMessage = "";
        //加锁
        Lock redisLock = distributedLockFactory.getDistributedLock("REDIS");
        redisLock.lock();
        try {
            //查询redis里的库存
            String result = stringRedisTemplate.opsForValue().get(IN_KEY + 1);
            //判断库存是否足够
            Integer inventoryNumber = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            //卖出商品扣减库存
            if (inventoryNumber > 0){
                //存入redis
                stringRedisTemplate.opsForValue().set(IN_KEY + 1,String.valueOf(--inventoryNumber));
                 resultMessage = "成功卖出商品，库存剩余:" + inventoryNumber;
                log.info(resultMessage + "\t服务端口号:{}",port);
            }else {
                resultMessage = "商品已售空";
            }
        } finally {
            //解锁
            redisLock.unlock();
        }
        return resultMessage;

    }

5.8、自动续期

Lua脚本：

if redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then
return redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2])
else
return 0
end

    public void renewExpire(){
        String script = "if redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then\t" +
                "return redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2])\t" +
                "else\t" +
                "return 0\t" +
                "end";
        //定期扫描
        new Timer().schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                Boolean execute = stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuidValue, String.valueOf(expireTime));
                if (execute){
                    renewExpire();
                }
            }
        },(this.expireTime * 1000/3));
    }