Redis 分布式锁实现

news2024/10/7 20:27:39

Redis 分布式锁

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁

特点：

多线程可见
互斥
高可用
高性能（高并发）
安全性、可重入性、重试机制、锁超时自动续期等 …

加锁之后，对整个分布式集群都有效

基于数据库
redis缓存：使用setnx上锁，使用del释放锁；设置过期时间，自动释放 set user 10 nx ex 120
zookeeper

实现基于分布式锁需要实现两个方法：
在这里插入图片描述

获取锁

确保只能有一个线程获取锁，确保添加锁和添加过期时间的原子性

非阻塞：尝试一次，成功返回 true，失败返回 false
```
set key name ex 10 nx #ex是设置超时时间，nx是互斥
```
释放锁

手动释放

超时释放：获取锁时添加一个超时时间
```
del key
```

Redis 分布式锁的初级版本

Lock 接口

public interface ILock {

    /**
     * 尝试获取锁
     *
     * @param timeoutSec 锁持有的超时时间，过期自动释放
     * @return true：成功/false：失败
     */
    boolean tryLock(long timeoutSec);

    /**
     * 释放锁
     */
    void unlock();
}

Lock 实现：

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        //获取线程标识
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        //获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        //释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock();
try {
    if(lock.tryLock(time)){
        //执行业务逻辑
    }
} finally {
    lock.unlock();
}

存在的问题：

业务执行时间过长，导致锁超时，自动释放
线程一，锁超时后，线程二又获取到锁，线程一执行完逻辑后，释放锁，此时释放的是线程二的锁

改进 Redis 分布式锁

在获取锁时存入线程的标识（可以使用UUID）
在释放锁时先获取锁中的标识，判断是否与当前的线程标识是否相等，是，则释放；不是，则不释放

在这里插入图片描述

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        //获取线程标识
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        //获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        //获取线程标识
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        //获取锁标识
        String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
        if (threadId.equals(id)) {
            //释放锁
            stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
        }
    }
}

存在的问题：

unlock 中判断锁标识的操作和释放锁的操作不是原子操作，如果threadId.equals(id)判断成功之后，产生了阻塞（如：Full GC时），导致多线程安全问题，解决方法可以使用 Lua 脚本，保证以上操作的原子性

再次改进 Redis 分布式锁

Redis提供了 Lua 脚本功能，在脚本中编写多条命令，确保多条命令执行时的原子性

释放锁思路：

获取锁中的线程标识
判断是否与当前的标识一致
如果一致则释放（删除）锁，否则什么都不做

-- 锁的key
local key = KEY[1]
-- 当前线程标识
local threadId = ARGV[1]
-- 获取锁中的标识
local id = redis.call('get', key)
-- 比较线程标识与锁标识是否一致
if(id == threadId) then
    -- 释放锁
    return redis.call('del', key)
end
return 0

public class SimpleRedisLock implements ILock {

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
    private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;

    //初始化脚本
    static {
        UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
        //加载 Lua 脚本
        UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
        UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
    }

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        //获取线程标识
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        //获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        //调用释放锁的 Lua 脚本
        stringRedisTemplate.execute(UNLOCK_SCRIPT,
                Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
                ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
    }
}