分布式锁与实现(一)——基于Redis实现

心已赠人 2022-06-04 05:56 160阅读 0赞

#### **概述** ####

目前几乎很多大型网站及应用都是分布式部署的，分布式场景中的数据一致性问题一直是一个比较重要的话题。分布式的CAP理论告诉我们“任何一个分布式系统都无法同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance），最多只能同时满足两项。”所以，很多系统在设计之初就要对这三者做出取舍。在互联网领域的绝大多数的场景中，都需要牺牲强一致性来换取系统的高可用性，系统往往只需要保证“最终一致性”，只要这个最终时间是在用户可以接受的范围内即可。

在很多场景中，我们为了保证数据的最终一致性，需要很多的技术方案来支持，比如分布式事务、分布式锁等。

#### **选用Redis实现分布式锁原因** ####

*  Redis有很高的性能
 *  Redis命令对此支持较好，实现起来比较方便
    
    在此就不介绍Redis的安装了，具体在Linux和Windows中的安装可以查看我前面的博客。  
    [http://www.cnblogs.com/liuyang0/p/6504826.html][http_www.cnblogs.com_liuyang0_p_6504826.html]

#### **使用命令介绍** ####

*  SETNX key val  
    当且仅当key不存在时，set一个key为val的字符串，返回1；若key存在，则什么都不做，返回0。
 *  expire key timeout  
    为key设置一个超时时间，单位为second，超过这个时间锁会自动释放，避免死锁。
 *  delete key  
    删除key

在使用Redis实现分布式锁的时候，主要就会使用到这三个命令。

#### **实现** ####

使用的是jedis来连接Redis。

###### **实现思想** ######

*  获取锁的时候，使用setnx加锁，并使用expire命令为锁添加一个超时时间，超过该时间则自动释放锁，锁的value值为一个随机生成的UUID，通过此在释放锁的时候进行判断。
 *  获取锁的时候还设置一个获取的超时时间，若超过这个时间则放弃获取锁。
 *  释放锁的时候，通过UUID判断是不是该锁，若是该锁，则执行delete进行锁释放

分布式锁的核心代码如下：

import redis.clients.jedis.Jedis;
    import redis.clients.jedis.JedisPool;
    import redis.clients.jedis.Transaction;
    import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException;
    
    import java.util.List;
    import java.util.UUID;
    
    /** * Created by liuyang on 2017/4/20. */
    public class DistributedLock { 
        private final JedisPool jedisPool;
    
        public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
            this.jedisPool = jedisPool;
        }
    
        /** * 加锁 * @param locaName 锁的key * @param acquireTimeout 获取超时时间 * @param timeout 锁的超时时间 * @return 锁标识 */
        public String lockWithTimeout(String locaName,
                                      long acquireTimeout, long timeout) {
            Jedis conn = null;
            String retIdentifier = null;
            try {
                // 获取连接
                conn = jedisPool.getResource();
                // 随机生成一个value
                String identifier = UUID.randomUUID().toString();
                // 锁名，即key值
                String lockKey = "lock:" + locaName;
                // 超时时间，上锁后超过此时间则自动释放锁
                int lockExpire = (int)(timeout / 1000);
    
                // 获取锁的超时时间，超过这个时间则放弃获取锁
                long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
                while (System.currentTimeMillis() < end) {
                    if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
                        conn.expire(lockKey, lockExpire);
                        // 返回value值，用于释放锁时间确认
                        retIdentifier = identifier;
                        return retIdentifier;
                    }
                    // 返回-1代表key没有设置超时时间，为key设置一个超时时间
                    if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
                        conn.expire(lockKey, lockExpire);
                    }
    
                    try {
                        Thread.sleep(10);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                }
            } catch (JedisException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (conn != null) {
                    conn.close();
                }
            }
            return retIdentifier;
        }
    
        /** * 释放锁 * @param lockName 锁的key * @param identifier 释放锁的标识 * @return */
        public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
            Jedis conn = null;
            String lockKey = "lock:" + lockName;
            boolean retFlag = false;
            try {
                conn = jedisPool.getResource();
                while (true) {
                    // 监视lock，准备开始事务
                    conn.watch(lockKey);
                    // 通过前面返回的value值判断是不是该锁，若是该锁，则删除，释放锁
                    if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
                        Transaction transaction = conn.multi();
                        transaction.del(lockKey);
                        List<Object> results = transaction.exec();
                        if (results == null) {
                            continue;
                        }
                        retFlag = true;
                    }
                    conn.unwatch();
                    break;
                }
            } catch (JedisException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (conn != null) {
                    conn.close();
                }
            }
            return retFlag;
        }
    }

###### **测试** ######

下面就用一个简单的例子测试刚才实现的分布式锁。  
例子中使用50个线程模拟秒杀一个商品，使用–运算符来实现商品减少，从结果有序性就可以看出是否为加锁状态。

模拟秒杀服务，在其中配置了jedis线程池，在初始化的时候传给分布式锁，供其使用。

import redis.clients.jedis.JedisPool;
    import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;
    
    /** * Created by liuyang on 2017/4/20. */
    public class Service { 
        private static JedisPool pool = null;
    
        static {
            JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
            // 设置最大连接数
            config.setMaxTotal(200);
            // 设置最大空闲数
            config.setMaxIdle(8);
            // 设置最大等待时间
            config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
            // 在borrow一个jedis实例时，是否需要验证，若为true，则所有jedis实例均是可用的
            config.setTestOnBorrow(true);
            pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
        }
    
        DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);
    
        int n = 500;
    
        public void seckill() {
            // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
            String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
            System.out.println(--n);
            lock.releaseLock("resource", indentifier);
        }
    }

模拟线程进行秒杀服务

public class ThreadA extends Thread { 
        private Service service;
    
        public ThreadA(Service service) {
            this.service = service;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            service.seckill();
        }
    }
    
    public class Test { 
        public static void main(String[] args) {
            Service service = new Service();
            for (int i = 0; i < 50; i++) {
                ThreadA threadA = new ThreadA(service);
                threadA.start();
            }
        }
    }

结果如下，结果为有序的。

![这里写图片描述][953024-20170421154636009-2039393247.png]  
若注释掉使用锁的部分

public void seckill() {
        // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
        //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
        System.out.println(--n);
        //lock.releaseLock("resource", indentifier);
    }

从结果可以看出，有一些是异步进行的。

![这里写图片描述][953024-20170421154807071-616601266.png]

在分布式环境中，对资源进行上锁有时候是很重要的，比如抢购某一资源，这时候使用分布式锁就可以很好地控制资源。  
当然，在具体使用中，还需要考虑很多因素，比如超时时间的选取，获取锁时间的选取对并发量都有很大的影响，上述实现的分布式锁也只是一种简单的实现，主要是一种思想。

下一次我会使用zookeeper实现分布式锁，使用zookeeper的可靠性是要大于使用redis实现的分布式锁的，但是相比而言，redis的性能更好。

上面的代码可以在我的GitHub中进行查看，地址如下：  
[https://github.com/yangliu0/DistributedLock][https_github.com_yangliu0_DistributedLock]

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> 其它基于redis做分布式锁的文章：  
> [https://www.cnblogs.com/0201zcr/p/5942748.html][https_www.cnblogs.com_0201zcr_p_5942748.html]

[http_www.cnblogs.com_liuyang0_p_6504826.html]: http://www.cnblogs.com/liuyang0/p/6504826.html
[953024-20170421154636009-2039393247.png]: /images/20220604/1e2412c52b604536894d4c2886a1d5ab.png
[953024-20170421154807071-616601266.png]: /images/20220604/a526f25b9f3c447d9d0bf6efb4d1b0d3.png
[https_github.com_yangliu0_DistributedLock]: https://github.com/yangliu0/DistributedLock
[Redis]: https://www.cnblogs.com/liuyang0/p/6744076.html
[https_www.cnblogs.com_0201zcr_p_5942748.html]: https://www.cnblogs.com/0201zcr/p/5942748.html