Redis分布式锁理论知识

男娘i 2023-06-12 08:38 51阅读 0赞

redis作为目前最流行的k-v存储系统之一，在实际的应用场景中如何使用Redis就变的非常重要了。  
由于大家都熟知Redis可以用于缓存/队列的使用，并且网上有很多讲解内容，故在此不介绍Redis的缓存/队列使用场景，本文更偏重于Redis的其他使用场景。

分布式锁

应用场景

在电商系统中，为了推荐自己的品牌和吸引用户量，那么会推出一个产品，这个产品只能被一个用户购买，如果一个用户正在购买时，其他用户点击购买的时候，则告知该用户，商品已经售出。

场景分析

假设购买流程为:1.用户看到商品，2.用户点击购买，3.用户使用支付宝或微信支付，4.用户购买成功

目前有2个用户:A和B

场景并发现象:

用户A:1.用户看到商品，2.用户点击购买  
用户B:1.用户看到商品，2.用户点击购买  
此时用户A和用户B都进入到了第三步:3.用户使用支付宝或微信支付  
那可能就会出现并发问题，两个用户都同时购买了1个商品。

解决方案

根据以往经验，可知，我们如上流程可以通过锁来进行控制，传统的数据库锁的方式在此不进行介绍了，来看一下redis是如何实现的。

使用redis，我们可以解决两个用户同时操作一个数据流程的时候:

当用户要购买此商品的时候，我们可以创建一个key,流程完成后，并改变此商品的出售状态(此商品已卖完)，删除key。  
其他用户在此想购买此商品的时候，去redis中读取这个key,如果key存在，那么就证明此商品正在被一个用户购买(这个用户正在购买的流程中),告知该用户，此商品已卖完

这是我提出来的一个大概流程，但仔细思考起来，里边还有很多小细节，那我们来慢慢分析。

版本1

用户A:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> set buying A (设置一个key的名称是buying，value是A) -> 3.用户使用支付宝或微信支付 -> 4.用户购买成功 -> 更改商品出售状态 -> delete buying （删除redis的key）  
用户B:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying -> echo “此商品已卖完”

上边流程如果看懂了后，我们思考一个问题，当用户A操作到3.用户使用支付宝或微信支付时，突然用户由于一些突发情况，然后页面退出了，那么由于流程没有完成，所以这个redis中的key(buying)将一直存在，也就是说商品没有卖出，但是其他人再也不能买了。

版本2

由于要解决以上问题，我们需要把这样的一个购买时间设置一个有效期，比如说如果用户在30分钟内都未购买成功，那么不管是什么原因，我都应该让这个redis中的key失效，让用户此次购买的行为失效。

也就是说，我们应该把buying设置一个有效期

用户A:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> set buying A (设置一个key的名称是buying，value是A) -> set expire 30-> 3.用户使用支付宝或微信支付 -> 4.用户购买成功 -> 更改商品出售状态 -> delete buying （删除redis的key）  
用户B:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying -> echo “此商品已卖完”

这个版本2中的用户A设置了一个key后，即使中途真的发生什么意外导致退出后，依然在指定时间后，其他用户可以继续购买。

那是否已经觉得这个方案很完美了呢？其实不然，我们把焦点放到set buying A(在redis设置key)的这点。

用户是这样操作的:

用户A:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying  
用户B:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying  
此时由于用户A和用户B同时点击购买（2.用户点击购买） 然后去读取buying，可能因为网络延迟问题，导致了同时都读取了buying,但是两个人读取buying这个key是不存在的,会产生后边的流程:  
用户A:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying -> set buying A  
用户B:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying -> set buying B

不管用户A还是用户B最终设置了buying这个redis的key值，依然产生了并发问题，结果肯定不是我们想要的。

版本3

我们知道redis本身是指令级别的，不管是使用JRdis还是spring提供的redisTemplate,我们都无法改变这个行为，那如果解决版本2中出现的问题呢？  
redis中有一个指令是:setnx

Set key to hold string value if key does not exist. In that case, it is equal to SET. When key already holds a value, no operation is performed. SETNX is short for “SET if Not eXists”.

返回值是这样规定的:

Integer reply, specifically: 1 if the key was set 0 if the key was not set

@see:http://redis.io/commands/setnx

这个命令可以当我们设置一个key的时候，判断这个key是否已经有值，如果没有值，则设置这样的key-value,并返回1,如果有值则不设置，直接返回0。

有了这个指令就很好的解决了版本2中的问题

用户A:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> setnx buying A (设置一个key的名称是buying，value是A) -> set expire 30-> 3.用户使用支付宝或微信支付 -> 4.用户购买成功 -> 更改商品出售状态 -> delete buying （删除redis的key）  
用户B:1.用户看到商品 -> 2.用户点击购买 -> get buying -> echo “此商品已卖完”

版本4

以上的版本3已经可以帮我们完成的差不多了。、  
但是还有一点就是如果当用户A在redis中设置值的时候，突然掉线了，设置失效指定没有发送，那么其他用户依然再也不能买这个商品了。

解决方案是使用pipe管道将setnx buying A和set expire 30 放到一起，一起发送给redis.

小结

以上便是redis作为分布式锁的一个应用场景，笔者提到的本案例只起到抛砖引玉的作用，读者可以根据自己的业务需求，再动态添加redis的一些事物等高级功能。

秒杀防超卖

应用场景

有一个秒杀商品，秒杀库存为10，在12：00的时候有1w用户进行点击购买，如何防止超卖

场景分析

例如有一秒杀产品A,1w用户在同一秒钟进行抢购，如果每一个用户在秒杀时，都去读取秒杀库存数，判断未超买后，再去增加占用库存数，那么这样的并发问题是显而易见的。

当然数据操作还有一个就是使用表的行锁进行控制，但是笔记认为这个从用户体验来讲，对于这个场景来说，是不可取的。

由于redis的读写高性能的特点，我们将使用redis去处理这样的秒杀场景。

解决方案

假设产品A,秒杀库存10。

当创建秒杀商品A的时候，创建redis对象:set pA 10 和 数据库秒杀数据: pA 10  
当1w用户进行秒杀时，调用redis: INCRBY pA -1 (每次步长都为-1，然后返回扣减之后的库存量) 和 在redis中添加购买人与购买时间: hset pA 1 1478584205（hset 产品 用户 秒杀时间）  
如果get pA < 0了，那么就不让用户购买了，echo “秒杀已卖完”  
当用户付款后，扣减数据库中秒杀库存数,删除redis hdel pA 1  
每一段时间都跑一下job去查询一下对于秒杀商品pA下单还没有付款的人，超过一段时间如果不付款则认为用户不想秒杀，则归还redis库存:INCRBY pA 1

以上步骤中，第5步，可以根据自己的业务而定。

小结

秒杀防超卖的方式有很多，以上我提供了一个redis的思考方向，其实实际生产环境，更应该考虑限流、缓存等操作。

对象关系存储

应用场景

需要开发一个客服系统，此系统要求实时监控用户的登录和登出状态，并且将用户快速分配给客服。

场景分析

因为客服系统会基于websock进行通讯，所以有可能发生断网，掉线等情况，但是却要求客服和用户的状态都是实时监控和记录的。

故采用redis的存储方式解决该该应用场景出现的问题。

redis 主要应该记录用户信息，客服信息，以及两者之间的关系:用户-客服 1-1 客服-用户 n-1

所以这里边我们用到了redis中的hash结构，set结构。