Redis知识梳理(1) [ 分布式锁 ]

以你之姓@ 2022-02-03 12:39 172阅读 0赞

分布式应用进行逻辑处理时经常会遇到并发问题。

比如一个操作要修改用户的状态，修改状态需要先读出用户的状态，在内存里进 行修改，改完了再存回去。如果这样的操作同时进行了，就会出现并发问题，因 为读取和保存状态这两个操作不是原子的。(Wiki 解释:所谓原子操作是指不 会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不 会有任何 context switch 线程切换。)![img][]

# 分布式锁 #

分布式锁本质上要实现的目标就是在 Redis 里面占一个“茅坑”，当别的进程也 要来占时，

发现已经有人蹲在那里了，就只好放弃或者稍后再试。

占坑一般是使用 setnx(set if not exists) 指令，只允许被一个客户端占坑。

先来 先占， 用完了，再调用 del 指令释放茅坑。

// 这里的冒号:就是一个普通的字符，没特别含义，它可以是任意其它字符，不要误解

> setnx lock:codehole true  
OK  
… do something critical …  
> del lock:codehole  
(integer) 1

但是有个问题，如果逻辑执行到中间出现异常了，可能会导致 del 指令没有被调 用，这样就会陷入死锁，锁永远得不到释放。

于是我们在拿到锁之后，再给锁加上一个过期时间，比如 5s，这样即使中间出 现异常也可以保证 5 秒之后锁会自动释放。

> setnx lock:codehole true  
OK  
> expire lock:codehole 5  
… do something critical … > del lock:codehole  
(integer) 1

但是以上逻辑还有问题。如果在 setnx 和 expire 之间服务器进程突然挂掉了，

可能是因为机器掉电或者是被人为杀掉的，就会导致 expire 得不到执行，也会 造成死锁.

![img][img 1]

这种问题的根源就在于 setnx 和 expire 是两条指令而不是原子指令。

如果这两 条指令可以一起执行就不会出现问题。也许你会想到用 Redis 事务来解决。

但是 这里不行，因为 expire 是依赖于 setnx 的执行结果的，如果 setnx 没抢到锁， expire 是不应该执行的。

事务里没有 if-else 分支逻辑，事务的特点是一口气执 行，要么全部执行要么一个都不执行。

官方提供 2.8版本后 api :

> set lock:codehole true ex 5 nx

OK  
… do something critical …

> del lock:codehole

# 超时问题 #

Redis 的分布式锁不能解决超时问题，如果在加锁和释放锁之间的逻辑执行的太 长，以至于超出了锁的超时限制，就会出现问题。

因为这时候锁过期了，第二个 线程重新持有了这把锁，但是紧接着第一个线程执行完了业务逻辑，就把锁给释 放了，

第三个线程就会在第二个线程逻辑执行完之间拿到了锁。

为了避免这个问题，Redis 分布式锁不要用于较长时间的任务。

tag = random.nextint() \# 随机数  
if redis.set(key, tag, nx=True, ex=5):

do\_something()  
redis.delifequals(key, tag) \# 假象的 delifequals 指令

但是匹配 value 和删除 key 不是 个原子操作， Redis 也没有提供类似于

delifequals这样的指令，这就需要使用 Lua脚本来处理了，因为 Lua脚本可以保证连

续多个指令的原子性执行。

有一个更加安全的方案是为 set 指令的 value 参数设置为一个随机数，释放锁时 先匹配随机数是否一致，然后再删除 key。但是匹配 value 和删除 key 不是一 个原子操作，Redis 也没有提供类似于 delifequals 这样的指令，这就需要使用 Lua 脚本来处理了，因为 Lua 脚本可以保证连续多个指令的原子性执行。

\# delifequals  
if redis.call(“get”,KEYS\[1\]) == ARGV\[1\] then

return redis.call(“del”,KEYS\[1\]) else

return 0 end

但是这也不是一个完美的方案 ， 它只是相对安全一点 ，

因为如果真的超时了， 当前线程的逻辑没有执行完，其他线程也会乘虚而入。

# 可重入性 #

可重入性是指线程在持有锁的情况下再次请求加锁，如果一个锁支持同一个线程 的多次加锁，那么这个锁就是可重入的。

比如 Java 语言里有个 ReentrantLock 就是可重入锁。Redis 分布式锁如果要支持可重入，需要对客户端的 set 方法进 行包装，使用线程的 Threadlocal 变量存储当前持有锁的计数。

\# -\*- coding: utf-8  
import redis import threading  
locks = threading.local()  
locks.redis = \{\}  
def key\_for(user\_id):  
return “account\_\{\}”.format(user\_id)  
def \_lock(client, key):  
return bool(client.set(key, True, nx=True, ex=5))  
def \_unlock(client, key):  
client.delete(key)  
def lock(client, user\_id):  
key = key\_for(user\_id)  
if key in locks.redis:  
locks.redis\[key\] += 1  
return True  
ok = \_lock(client, key)  
if not ok:  
return False  
locks.redis\[key\] = 1  
return True  
def unlock(client, user\_id):  
key = key\_for(user\_id)  
if key in locks.redis:  
locks.redis\[key\] -= 1  
if locks.redis\[key\] <= 0:  
del locks.redis\[key\]  
return True  
return False  
client = redis.StrictRedis()  
print “lock”, lock(client, “codehole”)  
print “lock”, lock(client, “codehole”)  
print “unlock”, unlock(client, “codehole”)  
print “unlock”, unlock(client, “codehole”)

========== 上面为 python 版本 , 下面为 java 版本 都是使用ThreadLocal 计算=====================================

public class RedisWithReentrantLock {
        private ThreadLocal<Map<String, Integer>> lockers = new ThreadLocal<>(); private Jedis jedis;
        public RedisWithReentrantLock(Jedis jedis) { this.jedis = jedis;
        }
        private boolean _lock(String key) {
            return jedis.set(key, "", "nx", "ex", 5L) != null;
        }
        private void _unlock(String key) { jedis.del(key);
        }
        private Map<String, Integer> currentLockers() { Map<String, Integer> refs = lockers.get();
            if (refs != null) {
                return refs; }
            lockers.set(new HashMap<>());
            return lockers.get(); }
        public boolean lock(String key) {
            Map<String, Integer> refs = currentLockers(); Integer refCnt = refs.get(key);
            if (refCnt != null) {
                refs.put(key, refCnt + 1);
                return true; }
            boolean ok = this._lock(key); if (!ok) {
                return false; }
            refs.put(key, 1);
            return true; }
        public boolean unlock(String key) {
            Map<String, Integer> refs = currentLockers(); Integer refCnt = refs.get(key);
            if (refCnt == null) {
                return false; }
            refCnt -= 1;
            if (refCnt > 0) {
                refs.put(key, refCnt); } else {
                refs.remove(key);
                this._unlock(key); }
            return true; }
        public static void main(String[] args) {
            Jedis jedis = new Jedis();
            RedisWithReentrantLock redis = new RedisWithReentrantLock(jedis); 
            System.out.println(redis.lock("codehole")); 
            System.out.println(redis.lock("codehole")); 
            System.out.println(redis.unlock("codehole")); 
            System.out.println(redis.unlock("codehole"));
        } 
    }

不推荐使用重入锁.

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