锁超时问题
在redis分布式锁中,如果线程A加锁成功了,但是由于业务功能耗时时间很长,超过了设置的超时时间,这时候redis会自动释放线程A加的锁。通常我们加锁的目的是:为了防止访问临界资源时,出现数据异常的情况。比如:线程A在修改数据C的值,线程B也在修改数据C的值,如果不做控制,在并发情况下,数据C的值会出问题。为了保证某个方法,或者段代码的互斥性,即如果线程A执行了某段代码,是不允许其他线程在某一时刻同时执行的,我们可以用synchronized
关键字加锁。但这种锁有很大的局限性,只能保证单个节点的互斥性。如果需要在多个节点中保持互斥性,就需要用redis分布式锁。做了这么多铺垫,现在回到正题。
假设线程A加redis分布式锁的代码,包含代码1和代码2两段代码。
由于该线程要执行的业务操作非常耗时,程序在执行完代码1的时,已经到了设置的超时时间,redis自动释放了锁。而代码2还没来得及执行。
此时,代码2相当于裸奔的状态,无法保证互斥性。假如它里面访问了临界资源,并且其他线程也访问了该资源,可能就会出现数据异常的情况。那么,如何解决这个问题呢?如果达到了超时时间,但业务代码还没执行完,需要给锁自动续期。我们可以使用TimerTask
类,来实现自动续期的功能:
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run(Timeout timeout) throws Exception {
//自动续期逻辑
}
}, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
获取锁之后,自动开启一个定时任务,每隔10秒钟,自动刷新一次过期时间。这种机制在redisson框架中,有个比较霸气的名字:watch dog
,即传说中的看门狗
。当然自动续期功能,我们还是优先推荐使用lua脚本实现,比如:
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then
redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);
return 1;
end;
return 0;
需要注意的地方是:在实现自动续期功能时,还需要设置一个总的过期时间,可以跟redisson保持一致,设置成30秒。如果业务代码到了这个总的过期时间,还没有执行完,就不再自动续期了。
主从复制的问题
redis实现分布式锁,对单个redis实例是没有问题的。如果redis存在多个实例。比如:做了主从,或者使用了哨兵模式,基于redis的分布式锁的功能,就会出现问题。具体是什么问题?假设redis现在用的主从模式,1个master节点,3个slave节点。master节点负责写数据,slave节点负责读数据。
本来是和谐共处,相安无事的。redis加锁操作,都在master上进行,加锁成功后,再异步同步给所有的slave。突然有一天,master节点由于某些不可逆的原因,挂掉了。这样需要找一个slave升级为新的master节点,假如slave1被选举出来了。
如果有个锁A比较悲催,刚加锁成功master就挂了,还没来得及同步到slave1。这样会导致新master节点中的锁A丢失了。后面,如果有新的线程,使用锁A加锁,依然可以成功,分布式锁失效了。那么,如何解决这个问题呢?redisson框架为了解决这个问题,提供了一个专门的类:RedissonRedLock
,使用了Redlock算法。RedissonRedLock解决问题的思路如下:
- 需要搭建几套相互独立的redis环境,假如我们在这里搭建了5套。
- 每套环境都有一个redisson node节点。
- 多个redisson node节点组成了RedissonRedLock。
- 环境包含:单机、主从、哨兵和集群模式,可以是一种或者多种混合。
在这里我们以主从为例,架构图如下:
RedissonRedLock加锁过程如下:
- 获取所有的redisson node节点信息,循环向所有的redisson node节点加锁,假设节点数为N,例子中N等于5。
- 如果在N个节点当中,有N/2 + 1个节点加锁成功了,那么整个RedissonRedLock加锁是成功的。
- 如果在N个节点当中,小于N/2 + 1个节点加锁成功,那么整个RedissonRedLock加锁是失败的。
- 如果中途发现各个节点加锁的总耗时,大于等于设置的最大等待时间,则直接返回失败。
从上面可以看出,使用Redlock算法,确实能解决多实例场景中,假如master节点挂了,导致分布式锁失效的问题。但也引出了一些新问题,比如:
- 需要额外搭建多套环境,申请更多的资源,需要评估一下成本和性价比。
- 如果有N个redisson node节点,需要加锁N次,最少也需要加锁N/2+1次,才知道redlock加锁是否成功。显然,增加了额外的时间成本,有点得不偿失。
由此可见,在实际业务场景,尤其是高并发业务中,RedissonRedLock其实使用的并不多。在分布式环境中,CAP是绕不过去的。CAP指的是在一个分布式系统中:
- 一致性(Consistency)
- 可用性(Availability)
- 分区容错性(Partition tolerance)
这三个要素最多只能同时实现两点,不可能三者兼顾。如果你的实际业务场景,更需要的是保证数据一致性。那么请使用CP类型的分布式锁,比如:zookeeper,它是基于磁盘的,性能可能没那么好,但数据一般不会丢。如果你的实际业务场景,更需要的是保证数据高可用性。那么请使用AP类型的分布式锁,比如:redis,它是基于内存的,性能比较好,但有丢失数据的风险。