redis分布式锁两种应用场景

小咪咪 2023-09-28 10:54 23阅读 0赞

“分布式锁”是用来解决分布式应用中“并发冲突”的一种常用手段，实现方式一般有基于zookeeper及基于redis二种。

这里我们分析下基于redis得场景和实现。

## 单节点部署场景 ##

*  ***举例说明***，系统A和系统B是两个部署在不同节点的相同应用（集群部署），这时客户端请求传来，两个系统都受到了请求，并且该请求是对数据表进行插入操作，如果这个时候不加锁来控制，可能会导致数据库新增两条记录，这时系统也不能允许的，由于是在不同应用内，在单个应用内加JVM级别的锁，另一个应用是感知不到的，这时需要用到分布式锁。
 *  **接下来我们看看这种场景如何实现安全的分布式锁**，由于是单节点部署场景，我们可以用setnx命令，以请求的唯一主键作为key，由于该操作是原子操作，当系统A设值成功后，系统B是无法设置成功的， 这时A就可以进行查询并插入操作，操作数据库完成后，删除key，此时系统B才能设值成功，但是由于查询到数据库有记录，所以并不会插入数据，这样就解决了该问题。但是这里会有个问题，如果redis挂机了，这里的锁不是永远都不释放了吗， 所以为了解决这个问题，redis提供了set命令，可传入超时时间的，那么在指定的时间范围内，如果没有释放锁，则该锁自动过期。如果执行时间超过超时时间呢，比如系统A还未执行完任务，就释放了锁，系统B接着执行任务，这时，系统A执行完了，把锁删掉（此时删除的时系统B获取的锁）。**方案一**： 为了避免这种情况，在del锁之前可以做一个判断，验证key对应的value是不是自己线程的ID.如果要考虑原子性问题，可以使用Lua脚本来实现，保证验证和删除的原子性。**方案二**：我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程，用来给快要过期的锁加长超时时间。当系统A中的线程执行完任务，再显式关掉守护线程。

具体到业务场景中，我们要考虑二种情况：

一、抢不到锁的请求，允许丢弃(即：忽略）

比如：一些不是很重要的场景，比如“监控数据持续上报”，某一篇文章的“已读/未读”标识位更新，对于同一个id，如果并发的请求同时到达，只要有一个请求处理成功，就算成功。

用活动图表示如下：

![787a04cfd28910dd05ad48fd41dfca20.png][]

二、并发请求，不论哪一条都必须要处理的场景(即：不允许丢数据)

比如：一个订单，客户正在前台修改地址，管理员在后台同时修改备注。地址和备注字段的修改，都必须正确更新，这二个请求同时到达的话，如果不借助db的事务，很容易造成行锁竞争，但用事务的话，db的性能显然比不上redis轻量。

解决思路：A,B二个请求，谁先抢到分布式锁（假设A先抢到锁），谁先处理，抢不到的那个（即：B），在一旁不停等待重试，重试期间一旦发现获取锁成功，即表示A已经处理完，把锁释放了。这时B就可以继续处理了。

但有二点要注意：

a、需要设置等待重试的最长时间，否则如果A处理过程中有bug，一直卡死，或者未能正确释放锁，B就一直会等待重试，但是又永远拿不到锁。

b、等待最长时间，必须小于锁的过期时间。否则，假设锁2秒过期自动释放，但是A还没处理完（即：A的处理时间大于2秒），这时锁会因为redis key过期“提前”误释放，B重试时拿到锁，造成A,B同时处理。（注：可能有同学会说，不设置锁的过期时间，不就完了么？理论上讲，确实可以这么做，但是如果业务代码有bug，导致处理完后没有unlock，或者根本忘记了unlock，分布式锁就会一直无法释放。所以综合考虑，给分布式锁加一个“保底”的过期时间，让其始终有机会自动释放，更为靠谱）

用活动图表示如下：

![5bab2c08804146362f1eaebecc3f8df1.png][]

写了一个简单的工具类：

package com.cnblogs.yjmyzz.redisdistributionlock;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
    import org.springframework.util.StringUtils;
    import java.util.UUID;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    /**
    * 利用redis获取分布式锁
    *
    * @author 菩提树下的杨过
    * @blog http://yjmyzz.cnblogs.com/
    */
    public class RedisLock {
    private StringRedisTemplate redisTemplate;
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
    /**
    * simple lock尝试获取锅的次数
    */
    private int retryCount = 3;
    /**
    * 每次尝试获取锁的重试间隔毫秒数
    */
    private int waitIntervalInMS = 100;
    public RedisLock(StringRedisTemplate redisTemplate) {
    this.redisTemplate = redisTemplate;
    }
    /**
    * 利用redis获取分布式锁(未获取锁的请求，允许丢弃!)
    *
    * @param redisKey 锁的key值
    * @param expireInSecond 锁的自动释放时间(秒)
    * @return
    * @throws DistributionLockException
    */
    public String simpleLock(final String redisKey, final int expireInSecond) throws DistributionLockException {
    String lockValue = UUID.randomUUID().toString();
    boolean flag = false;
    if (StringUtils.isEmpty(redisKey)) {
    throw new DistributionLockException("key is empty!");
    }
    if (expireInSecond <= 0) {
    throw new DistributionLockException("expireInSecond must be bigger than 0");
    }
    try {
    for (int i = 0; i < retryCount; i++) {
    boolean success = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(redisKey, lockValue, expireInSecond, TimeUnit.SECONDS);
    if (success) {
    flag = true;
    break;
    }
    try {
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(waitIntervalInMS);
    } catch (Exception ignore) {
    logger.warn("redis lock fail: " + ignore.getMessage());
    }
    }
    if (!flag) {
    throw new DistributionLockException(Thread.currentThread().getName() + " cannot acquire lock now ...");
    }
    return lockValue;
    } catch (DistributionLockException be) {
    throw be;
    } catch (Exception e) {
    logger.warn("get redis lock error, exception: " + e.getMessage());
    throw e;
    }
    }
    /**
    * 利用redis获取分布式锁(未获取锁的请求，将在timeoutSecond时间范围内，一直等待重试)
    *
    * @param redisKey 锁的key值
    * @param expireInSecond 锁的自动释放时间(秒)
    * @param timeoutSecond 未获取到锁的请求，尝试重试的最久等待时间(秒)
    * @return
    * @throws DistributionLockException
    */
    public String lock(final String redisKey, final int expireInSecond, final int timeoutSecond) throws DistributionLockException {
    String lockValue = UUID.randomUUID().toString();
    boolean flag = false;
    if (StringUtils.isEmpty(redisKey)) {
    throw new DistributionLockException("key is empty!");
    }
    if (expireInSecond <= 0) {
    throw new DistributionLockException("expireInSecond must be greater than 0");
    }
    if (timeoutSecond <= 0) {
    throw new DistributionLockException("timeoutSecond must be greater than 0");
    }
    if (timeoutSecond >= expireInSecond) {
    throw new DistributionLockException("timeoutSecond must be less than expireInSecond");
    }
    try {
    long timeoutAt = System.currentTimeMillis() + timeoutSecond * 1000;
    while (true) {
    boolean success = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(redisKey, lockValue, expireInSecond, TimeUnit.SECONDS);
    if (success) {
    flag = true;
    break;
    }
    if (System.currentTimeMillis() >= timeoutAt) {
    break;
    }
    try {
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(waitIntervalInMS);
    } catch (Exception ignore) {
    logger.warn("redis lock fail: " + ignore.getMessage());
    }
    }
    if (!flag) {
    throw new DistributionLockException(Thread.currentThread().getName() + " cannot acquire lock now ...");
    }
    return lockValue;
    } catch (DistributionLockException be) {
    throw be;
    } catch (Exception e) {
    logger.warn("get redis lock error, exception: " + e.getMessage());
    throw e;
    }
    }
    /**
    * 锁释放
    *
    * @param redisKey
    * @param lockValue
    */
    public void unlock(final String redisKey, final String lockValue) {
    if (StringUtils.isEmpty(redisKey)) {
    return;
    }
    if (StringUtils.isEmpty(lockValue)) {
    return;
    }
    try {
    String currLockVal = redisTemplate.opsForValue().get(redisKey);
    if (currLockVal != null && currLockVal.equals(lockValue)) {
    boolean result = redisTemplate.delete(redisKey);
    if (!result) {
    logger.warn(Thread.currentThread().getName() + " unlock redis lock fail");
    } else {
    logger.info(Thread.currentThread().getName() + " unlock redis lock:" + redisKey + " successfully!");
    }
    }
    } catch (Exception je) {
    logger.warn(Thread.currentThread().getName() + " unlock redis lock error:" + je.getMessage());
    }
    }
    }

然后写个spring-boot来测试一下：

package com.cnblogs.yjmyzz.redisdistributionlock;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    import org.springframework.boot.SpringApplication;
    import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
    import org.springframework.context.ConfigurableApplicationContext;
    import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    @SpringBootApplication
    public class RedisDistributionLockApplication {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisDistributionLockApplication.class);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    ConfigurableApplicationContext applicationContext = SpringApplication.run(RedisDistributionLockApplication.class, args);
    //初始化
    StringRedisTemplate redisTemplate = applicationContext.getBean(StringRedisTemplate.class);
    RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate);
    String lockKey = "lock:test";
    CountDownLatch start = new CountDownLatch(1);
    CountDownLatch threadsLatch = new CountDownLatch(2);
    final int lockExpireSecond = 5;
    final int timeoutSecond = 3;
    Runnable lockRunnable = () -> {
    String lockValue = "";
    try {
    //等待发令枪响，防止线程抢跑
    start.await();
    //允许丢数据的简单锁示例
    lockValue = redisLock.simpleLock(lockKey, lockExpireSecond);
    //不允许丢数据的分布式锁示例
    //lockValue = redisLock.lock(lockKey, lockExpireSecond, timeoutSecond);
    //停一会儿，故意让后面的线程抢不到锁
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    logger.info(String.format("%s get lock successfully, value:%s", Thread.currentThread().getName(), lockValue));
    } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
    } finally {
    redisLock.unlock(lockKey, lockValue);
    //执行完后，计数减1
    threadsLatch.countDown();
    }
    };
    Thread t1 = new Thread(lockRunnable, "T1");
    Thread t2 = new Thread(lockRunnable, "T2");
    t1.start();
    t2.start();
    //预备：开始！
    start.countDown();
    //等待所有线程跑完
    threadsLatch.await();
    logger.info("======>done!!!");
    }
    }

用2个线程模拟并发场景，跑起来后，输出如下：

![120d315896f89a71968b46b277f7d0de.png][]

可以看到T2线程没抢到锁，直接抛出了预期的异常。

把44行的注释打开，即：换成不允许丢数据的模式，再跑一下：

![688578a49d386b2c73ffa11c18a94f1c.png][]

可以看到，T1先抢到锁，然后经过2秒的处理后，锁释放，这时T2重试拿到了锁，继续处理，最终释放。

![f6442cd472f649a28da2cc8cdc0556fc.jpeg][]

[787a04cfd28910dd05ad48fd41dfca20.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/787a04cfd28910dd05ad48fd41dfca20.png
[5bab2c08804146362f1eaebecc3f8df1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/5bab2c08804146362f1eaebecc3f8df1.png
[120d315896f89a71968b46b277f7d0de.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/120d315896f89a71968b46b277f7d0de.png
[688578a49d386b2c73ffa11c18a94f1c.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/688578a49d386b2c73ffa11c18a94f1c.png
[f6442cd472f649a28da2cc8cdc0556fc.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/f6442cd472f649a28da2cc8cdc0556fc.jpeg