分布式锁实现原理与最佳实践
一、超卖问题复现
1.1 现象
存在如下的几张表：
- 商品表
- 订单表
- 订单item表
商品的库存为1，但是并发高的时候有多笔订单。
错误案例一：数据库update相互覆盖
直接在内存中判断是否有库存，计算扣减之后的值更新数据库，并发的情况下会导致相互覆盖发生：
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public Long createOrder() throws Exception {
Product product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
// ... 忽略校验逻辑
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount) {
throw new Exception("商品" + purchaseProductId + "仅剩" + currentCount + "件，无法购买");
}
// 计算剩余库存
Integer leftCount = currentCount - purchaseProductNum;
// 更新库存
product.setCount(leftCount);
product.setGmtModified(new Date());
productMapper.updateByPrimaryKeySelective(product);
Order order = new Order();
// ... 省略 Set
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
orderItem.setOrderId(order.getId());
// ... 省略 Set
return order.getId();
}
错误案例二：扣减串行执行，但是库存被扣减为负数
在 SQL 中加入运算避免值的相互覆盖，但是库存的数量变为负数，因为校验库存是否足够还是在内存中执行的，并发情况下都会读到有库存：
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public Long createOrder() throws Exception {
Product product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
// ... 忽略校验逻辑
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount) {
throw new Exception("商品" + purchaseProductId + "仅剩" + currentCount + "件，无法购买");
}
// 使用 set count = count - #{purchaseProductNum,jdbcType=INTEGER}, 更新库存
productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum,new Date(),product.getId());
Order order = new Order();
// ... 省略 Set
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
orderItem.setOrderId(order.getId());
// ... 省略 Set
return order.getId();
}
错误案例三：使用 synchronized 实现内存中串行校验，但是依旧扣减为负数
因为我们使用的是事务的注解，synchronized加在方法上，方法执行结束的时候锁就会释放，此时的事务还没有提交，另一个线程拿到这把锁之后就会有一次扣减，导致负数。
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public synchronized Long createOrder() throws Exception {
Product product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
// ... 忽略校验逻辑
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount) {
throw new Exception("商品" + purchaseProductId + "仅剩" + currentCount + "件，无法购买");
}
// 使用 set count = count - #{purchaseProductNum,jdbcType=INTEGER}, 更新库存
productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum,new Date(),product.getId());
Order order = new Order();
// ... 省略 Set
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
orderItem.setOrderId(order.getId());
// ... 省略 Set
return order.getId();
}
1.2 解决办法
从上面造成问题的原因来看，只要是扣减库存的动作，不是原子性的。多个线程同时操作就会有问题。
- 单体应用：使用本地锁 + 数据库中的行锁解决
- 分布式应用：
- 使用数据库中的乐观锁，加一个 version 字段，利用CAS来实现，会导致大量的 update 失败
- 使用数据库维护一张锁的表 + 悲观锁 select，使用 select for update 实现
- 使用Redis 的 setNX实现分布式锁
- 使用zookeeper的watcher + 有序临时节点来实现可阻塞的分布式锁
- 使用Redisson框架内的分布式锁来实现
- 使用curator 框架内的分布式锁来实现
二、单体应用解决超卖的问题
正确示例：将事务包含在锁的控制范围内
保证在锁释放之前，事务已经提交。
//@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public synchronized Long createOrder() throws Exception {
TransactionStatus transaction1 = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
Product product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
if (product == null) {
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
throw new Exception("购买商品：" + purchaseProductId + "不存在");
}
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount) {
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
throw new Exception("商品" + purchaseProductId + "仅剩" + currentCount + "件，无法购买");
}
productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum, new Date(), product.getId());
Order order = new Order();
// ... 省略 Set
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
orderItem.setOrderId(order.getId());
// ... 省略 Set
return order.getId();
platformTransactionManager.commit(transaction1);
}
正确示例：使用synchronized的代码块
public Long createOrder() throws Exception {
Product product = null;
//synchronized (this) {
//synchronized (object) {
synchronized (DBOrderService2.class) {
TransactionStatus transaction1 = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
if (product == null) {
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
throw new Exception("购买商品：" + purchaseProductId + "不存在");
}
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "库存数：" + currentCount);
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount) {
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
throw new Exception("商品" + purchaseProductId + "仅剩" + currentCount + "件，无法购买");
}
productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum, new Date(), product.getId());
platformTransactionManager.commit(transaction1);
}
TransactionStatus transaction2 = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
Order order = new Order();
// ... 省略 Set
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
// ... 省略 Set
orderItemMapper.insertSelective(orderItem);
platformTransactionManager.commit(transaction2);
return order.getId();
正确示例：使用Lock
private Lock lock = new ReentrantLock();
public Long createOrder() throws Exception{
Product product = null;
lock.lock();
TransactionStatus transaction1 = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
try {
product = productMapper.selectByPrimaryKey(purchaseProductId);
if (product==null){
throw new Exception("购买商品："+purchaseProductId+"不存在");
}
//商品当前库存
Integer currentCount = product.getCount();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"库存数："+currentCount);
//校验库存
if (purchaseProductNum > currentCount){
throw new Exception("商品"+purchaseProductId+"仅剩"+currentCount+"件，无法购买");
}
productMapper.updateProductCount(purchaseProductNum,new Date(),product.getId());
platformTransactionManager.commit(transaction1);
} catch (Exception e) {
platformTransactionManager.rollback(transaction1);
} finally {
// 注意抛异常的时候锁释放不掉，分布式锁也一样，都要在这里删掉
lock.unlock();
}
TransactionStatus transaction = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
Order order = new Order();
// ... 省略 Set
orderMapper.insertSelective(order);
OrderItem orderItem = new OrderItem();
// ... 省略 Set
orderItemMapper.insertSelective(orderItem);
platformTransactionManager.commit(transaction);
return order.getId();
}
三、常见分布式锁的使用
上面使用的方法只能解决单体项目，当部署多台机器的时候就会失效，因为锁本身就是单机的锁，所以需要使用分布式锁来实现。
3.1 数据库乐观锁
数据库中的乐观锁，加一个version字段，利用CAS来实现，乐观锁的方式支持多台机器并发安全。但是并发量大的时候会导致大量的update失败
3.2 数据库分布式锁
db操作性能较差，并且有锁表的风险，一般不考虑。
3.2.1 简单的数据库锁
select for update
直接在数据库新建一张表：
锁的code预先写到数据库中，抢锁的时候，使用select for update查询锁对应的key，也就是这里的code，阻塞就说明别人在使用锁。
// 加上事务就是为了 for update 的锁可以一直生效到事务执行结束
// 默认回滚的是 RunTimeException
@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public String singleLock() throws Exception {
log.info("我进入了方法！");
DistributeLock distributeLock = distributeLockMapper.
selectDistributeLock("demo");
if (distributeLock==null) {
throw new Exception("分布式锁找不到");
}
log.info("我进入了锁！");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return "我已经执行完成！";
}
<select id="selectDistributeLock" resultType="com.deltaqin.distribute.model.DistributeLock">
select * from distribute_lock
where businessCode = #{businessCode,jdbcType=VARCHAR}
for update
</select>
使用唯一键作为限制，插入一条数据，其他待执行的SQL就会失败，当数据删除之后再去获取锁 ，这是利用了唯一索引的排他性。
insert lock
直接维护一张锁表：
@Autowired
private MethodlockMapper methodlockMapper;
@Override
public boolean tryLock() {
try {
//插入一条数据 insert into
methodlockMapper.insert(new Methodlock("lock"));
}catch (Exception e){
//插入失败
return false;
}
return true;
}
@Override
public void waitLock() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@Override
public void unlock() {
//删除数据 delete
methodlockMapper.deleteByMethodlock("lock");
System.out.println("-------释放锁------");
}
3.3 Redis setNx
Redis 原生支持的，保证只有一个会话可以设置成功，因为Redis自己就是单线程串行执行的。
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
spring.redis.host=localhost
封装一个锁对象：
@Slf4j
public class RedisLock implements AutoCloseable {
private RedisTemplate redisTemplate;
private String key;
private String value;
//单位：秒
private int expireTime;
/**
* 没有传递 value，因为直接使用的是随机值
*/
public RedisLock(RedisTemplate redisTemplate,String key,int expireTime){
this.redisTemplate = redisTemplate;
this.key = key;
this.expireTime=expireTime;
this.value = UUID.randomUUID().toString();
}
/**
* JDK 1.7 之后的自动关闭的功能
*/
@Override
public void close() throws Exception {
unLock();
}
/**
* 获取分布式锁
* SET resource_name my_random_value NX PX 30000
* 每一个线程对应的随机值 my_random_value 不一样，用于释放锁的时候校验
* NX 表示 key 不存在的时候成功，key 存在的时候设置不成功，Redis 自己是单线程，串行执行的，第一个执行的才可以设置成功
* PX 表示过期时间，没有设置的话，忘记删除，就会永远不过期
*/
public boolean getLock(){
RedisCallback<Boolean> redisCallback = connection -> {
//设置NX
RedisStringCommands.SetOption setOption = RedisStringCommands.SetOption.ifAbsent();
//设置过期时间
Expiration expiration = Expiration.seconds(expireTime);
//序列化key
byte[] redisKey = redisTemplate.getKeySerializer().serialize(key);
//序列化value
byte[] redisValue = redisTemplate.getValueSerializer().serialize(value);
//执行setnx操作
Boolean result = connection.set(redisKey, redisValue, expiration, setOption);
return result;
};
//获取分布式锁
Boolean lock = (Boolean)redisTemplate.execute(redisCallback);
return lock;
}
/**
* 释放锁的时候随机数相同的时候才可以释放，避免释放了别人设置的锁（自己的已经过期了所以别人才可以设置成功）
* 释放的时候采用 LUA 脚本，因为 delete 没有原生支持删除的时候校验值，证明是当前线程设置进去的值
* 脚本是在官方文档里面有的
*/
public boolean unLock() {
// key 是自己才可以释放，不是就不能释放别人的锁
String script = "if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] then\n" +
" return redis.call(\"del\",KEYS[1])\n" +
"else\n" +
" return 0\n" +
"end";
RedisScript<Boolean> redisScript = RedisScript.of(script,Boolean.class);
List<String> keys = Arrays.asList(key);
// 执行脚本的时候传递的 value 就是对应的值
Boolean result = (Boolean)redisTemplate.execute(redisScript, keys, value);
log.info("释放锁的结果："+result);
return result;
}
}
每次获取的时候，自己线程需要new对应的RedisLock：
public String redisLock(){
log.info("我进入了方法！");
try (RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate,"redisKey",30)){
if (redisLock.getLock()) {
log.info("我进入了锁！！");
Thread.sleep(15000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
log.info("方法执行完成");
return "方法执行完成";
}
3.4 zookeeper 瞬时znode节点 + watcher监听机制
临时节点具备数据自动删除的功能。当client与ZooKeeper连接和session断掉时，相应的临时节点就会被删除。zk有瞬时和持久节点，瞬时节点不可以有子节点。会话结束之后瞬时节点就会消失，基于zk的瞬时有序节点实现分布式锁：
- 多线程并发创建瞬时节点的时候，得到有序的序列，序号最小的线程可以获得锁；
- 其他的线程监听自己序号的前一个序号。前一个线程执行结束之后删除自己序号的节点；
- 下一个序号的线程得到通知，继续执行；
- 以此类推，创建节点的时候，就确认了线程执行的顺序。
<dependency>
<groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
<artifactId>zookeeper</artifactId>
<version>3.4.14</version>
<exclusions>
<exclusion>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
zk 的观察器只可以监控一次，数据发生变化之后可以发送给客户端，之后需要再次设置监控。exists、create、getChildren三个方法都可以添加watcher ，也就是在调用方法的时候传递true就是添加监听。注意这里Lock 实现了Watcher和AutoCloseable：
当前线程创建的节点是第一个节点就获得锁，否则就监听自己的前一个节点的事件：
/**
* 自己本身就是一个 watcher，可以得到通知
* AutoCloseable 实现自动关闭，资源不使用的时候
*/
@Slf4j
public class ZkLock implements AutoCloseable, Watcher {
private ZooKeeper zooKeeper;
/**
* 记录当前锁的名字
*/
private String znode;
public ZkLock() throws IOException {
this.zooKeeper = new ZooKeeper("localhost:2181",
10000,this);
}
public boolean getLock(String businessCode) {
try {
//创建业务 根节点
Stat stat = zooKeeper.exists("/" + businessCode, false);
if (stat==null){
zooKeeper.create("/" + businessCode,businessCode.getBytes(),
ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.PERSISTENT);
}
//创建瞬时有序节点 /order/order_00000001
znode = zooKeeper.create("/" + businessCode + "/" + businessCode + "_", businessCode.getBytes(),
ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,
CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
//获取业务节点下 所有的子节点
List<String> childrenNodes = zooKeeper.getChildren("/" + businessCode, false);
//获取序号最小的（第一个）子节点
Collections.sort(childrenNodes);
String firstNode = childrenNodes.get(0);
//如果创建的节点是第一个子节点，则获得锁
if (znode.endsWith(firstNode)){
return true;
}
//如果不是第一个子节点，则监听前一个节点
String lastNode = firstNode;
for (String node:childrenNodes){
if (znode.endsWith(node)){
zooKeeper.exists("/"+businessCode+"/"+lastNode,true);
break;
}else {
lastNode = node;
}
}
synchronized (this){
wait();
}
return true;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return false;
}
@Override
public void close() throws Exception {
zooKeeper.delete(znode,-1);
zooKeeper.close();
log.info("我已经释放了锁！");
}
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted){
synchronized (this){
notify();
}
}
}
}
3.5 zookeeper curator
在实际的开发中，不建议去自己“重复造轮子”，而建议直接使用Curator客户端中的各种官方实现的分布式锁，例如其中的InterProcessMutex可重入锁。
<dependency>
<groupId>org.apache.curator</groupId>
<artifactId>curator-recipes</artifactId>
<version>4.2.0</version>
<exclusions>
<exclusion>
<artifactId>slf4j-api</artifactId>
<groupId>org.slf4j</groupId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
@Bean(initMethod="start",destroyMethod = "close")
public CuratorFramework getCuratorFramework() {
RetryPolicy retryPolicy = new ExponentialBackoffRetry(1000, 3);
CuratorFramework client = CuratorFrameworkFactory.
newClient("localhost:2181", retryPolicy);
return client;
}
框架已经实现了分布式锁。zk的Java客户端升级版。使用的时候直接指定重试的策略就可以。
官网中分布式锁的实现是在curator-recipes依赖中，不要引用错了。
@Autowired
private CuratorFramework client;
@Test
public void testCuratorLock(){
InterProcessMutex lock = new InterProcessMutex(client, "/order");
try {
if ( lock.acquire(30, TimeUnit.SECONDS) ) {
try {
log.info("我获得了锁！！！");
}
finally {
lock.release();
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
client.close();
}
3.6 Redission
重新实现了Java并发包下处理并发的类，让其可以跨JVM使用，例如CHM等。
3.6.1 非SpringBoot项目引入
引入Redisson的依赖，然后配置对应的XML即可：
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.11.2</version>
<exclusions>
<exclusion>
<artifactId>slf4j-api</artifactId>
<groupId>org.slf4j</groupId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
编写相应的redisson.xml
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
xmlns:redisson="http://redisson.org/schema/redisson"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/context
http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd
http://redisson.org/schema/redisson
http://redisson.org/schema/redisson/redisson.xsd
">
<redisson:client>
<redisson:single-server address="redis://127.0.0.1:6379"/>
</redisson:client>
</beans>
配置对应@ImportResource("classpath*:redisson.xml")资源文件。
3.6.2 SpringBoot项目引入
或者直接使用springBoot的starter即可。
https://github.com/redisson/redisson/tree/master/redisson-spring-boot-starter
<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
<version>3.19.1</version>
</dependency>
修改application.properties即可：#spring.redis.host=
3.6.3 设置配置类
@Bean
public RedissonClient getRedissonClient() {
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
return Redisson.create(config);
}
3.6.4 使用
@Test
public void testRedissonLock() {
RLock rLock = redisson.getLock("order");
try {
rLock.lock(30, TimeUnit.SECONDS);
log.info("我获得了锁！！！");
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
log.info("我释放了锁！！");
rLock.unlock();
}
}
3.7 Etcd
参考以下文章，普通项目不会为了一把锁引入etcd，此处不再赘述：https://time.geekbang.org/column/article/350285
四、常见分布式锁的原理
4.1 Redisson
Redis 2.6之后才可以执行lua脚本，比起管道而言，这是原子性的，模拟一个商品减库存的原子操作：
//lua脚本命令执行方式：redis-cli --eval /tmp/test.lua , 10
jedis.set("product_stock_10016", "15");
//初始化商品10016的库存
String script = " local count = redis.call('get', KEYS[1]) " +
" local a = tonumber(count) " +
" local b = tonumber(ARGV[1]) " +
" if a >= b then " +
" redis.call('set', KEYS[1], a-b) " +
" return 1 " +
" end " +
" return 0 ";
Object obj = jedis.eval(script, Arrays.asList("product_stock_10016"),
Arrays.asList("10"));
System.out.println(obj);
4.1.1 尝试加锁的逻辑
上面的org.redisson.RedissonLock#lock()通过调用自己方法内部的lock方法的org.redisson.RedissonLock#tryAcquire方法。之后调用org.redisson.RedissonLock#tryAcquireAsync：
首先调用内部的org.redisson.RedissonLock#tryLockInnerAsync：设置对应的分布式锁
到这里获取锁的逻辑就结束了，如果这里没有获取到，在Future的回调里面就会直接return，会在外层有一个while true的循环，订阅释放锁的消息准备被唤醒。如果说加锁成功，就开始执行锁续命逻辑。
4.1.2 锁续命逻辑
lua脚本最后是以毫秒为单位返回key的剩余过期时间。成功加锁之后org.redisson.RedissonLock#scheduleExpirationRenewal中将会调用org.redisson.RedissonLock#renewExpiration，这个方法内部就有锁续命的逻辑，是一个定时任务，等10s执行。
执行的时候尝试执行的续命逻辑使用的是Lua脚本，当前的锁有值，就续命，没有就直接返回0：
返回0之后外层会判断，延时成功就会再次调用自己，否则延时调用结束，不再为当前的锁续命。所以这里的续命不是一个真正的定时，而是循环调用自己的延时任务。
4.1.3 循环间隔抢锁机制
如果一开始就加锁成功就直接返回。
如果一开始加锁失败，没抢到锁的线程就会在while循环中尝试加锁，加锁成功就结束循环，否则等待当前锁的超时时间之后再次尝试加锁。所以实现逻辑默认是非公平锁：
里面有一个subscribe的逻辑，会监听对应加锁的key，当锁释放之后publish对应的消息，此时如果没有到达对应的锁的超时时间，也会尝试获取锁，避免时间浪费。
4.1.4 释放锁和唤醒其他线程的逻辑
前面没有抢到锁的线程会监听对应的queue，后面抢到锁的线程释放锁的时候会发送一个消息。
订阅的时候指定收到消息时候的逻辑：会唤醒阻塞之后执行while循环
4.1.5 重入锁的逻辑
存在对应的锁，就对对应的hash结构的value直接+1，和Java重入锁的逻辑是一致的。
4.2 RedLock解决非单体项目的Redis主从架构的锁失效
https://redis.io/docs/manual/patterns/distributed-locks/
查看Redis官方文档，对于单节点的Redis ，使用setnx和lua del删除分布式锁是足够的，但是主从架构的场景下：锁先加在一个master节点上，默认是异步同步到从节点，此时master挂了会选择slave为master，此时又可以加锁，就会导致超卖。但是如果使用zookeeper来实现的话，由于zk是CP的，所以CP不存在这样的问题。
Redis文档中给出了RedLock的解决办法，使用redLock真的可以解决吗？
4.2.1 RedLock 原理
基于客户端的实现，是基于多个独立的Redis Master节点的一种实现（一般为5）。client依次向各个节点申请锁，若能从多数个节点中申请锁成功并满足一些条件限制，那么client就能获取锁成功。它通过独立的N个Master节点，避免了使用主备异步复制协议的缺陷，只要多数Redis节点正常就能正常工作，显著提升了分布式锁的安全性、可用性。
注意图中所有的节点都是master节点。加锁超过半数成功，就认为是成功。具体流程：
- 获取锁
- 获取当前时间T1，作为后续的计时依据；
- 按顺序地，依次向5个独立的节点来尝试获取锁 SET resource_name my_random_value NX PX 30000；
- 计算获取锁总共花了多少时间，判断获取锁成功与否；
- 时间：T2-T1；
- 多数节点的锁（N/2+1）；
- 当获取锁成功后的有效时间，要从初始的时间减去第三步算出来的消耗时间；
- 如果没能获取锁成功，尽快释放掉锁。
- 释放锁
- 向所有节点发起释放锁的操作，不管这些节点有没有成功设置过。
public String redlock() {
String lockKey = "product_001";
//这里需要自己实例化不同redis实例的redisson客户端连接，这里只是伪代码用一个redisson客户端简化了
RLock lock1 = redisson.getLock(lockKey);
RLock lock2 = redisson.getLock(lockKey);
RLock lock3 = redisson.getLock(lockKey);
/**
* 根据多个 RLock 对象构建 RedissonRedLock （最核心的差别就在这里）
*/
RedissonRedLock redLock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
try {
/**
* waitTimeout 尝试获取锁的最大等待时间，超过这个值，则认为获取锁失败
* leaseTime 锁的持有时间,超过这个时间锁会自动失效（值应设置为大于业务处理的时间，确保在锁有效期内业务能处理完）
*/
boolean res = redLock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS);
if (res) {
//成功获得锁，在这里处理业务
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("lock fail");
} finally {
//无论如何, 最后都要解锁
redLock.unlock();
}
return "end";
}
但是，它的实现建立在一个不安全的系统模型上的，它依赖系统时间，当时钟发生跳跃时，也可能会出现安全性问题。分布式存储专家Martin对RedLock的分析文章，Redis作者的也专门写了一篇文章进行了反驳。
Martin Kleppmann：How to do distributed locking
https://martin.kleppmann.com/2016/02/08/how-to-do-distributed-locking.html
Antirez：Is Redlock safe?
4.2.2 RedLock 问题一：持久化机制导致重复加锁
如果是上面的架构图，一般生产都不会配置AOF的每一条命令都落磁盘，一般会设置一些间隔时间，比如1s，如果ABC节点加锁成功，有一个节点C恰好是在1s内加锁，还没有落盘，此时挂了，就会导致其他客户端通过CDE又会加锁成功。
4.2.3 RedLock 问题二：主从下重复加锁
除非多部署一些节点，但是这样会导致加锁时间变长，这样比较下来效果就不如zk了。
4.2.4 RedLock 问题三：时钟跳跃导致重复加锁
C节点发生了时钟跳跃，导致加上的锁没有到达实际的超时时间，就被误以为超时而释放，此时其他客户端就可以重复加锁了。
4.3 Curator
InterProcessMutex 可重入锁的分析
五、业务中使用分布式锁的注意点
获取的锁要设置有效期，假设我们未设置key自动过期时间，在Set key value NX 后，如果程序crash或者发生网络分区后无法与Redis节点通信，毫无疑问其他 client 将永远无法获得锁，这将导致死锁，服务出现中断。
SETNX和EXPIRE命令去设置key和过期时间，这也是不正确的，因为你无法保证SETNX和EXPIRE命令的原子性。
自己使用 setnx 实现Redis锁的时候，注意并发情况下不要释放掉别人的锁（业务逻辑执行时间超过锁的过期时间），导致恶性循环。一般：
1）加锁的时候需要指定value的内容是当前进程中的当前线程的唯一标记，不要使用线程ID作为当前线程的锁的标记，因为不同实例上的线程ID可能是一样的。
2）释放锁的逻辑会写在finally ，释放锁时候要判断锁对应的value，而且要使用lua脚本实现原子 del 操作。因为if逻辑判断完之后也可能失效导致删除别人的锁。
3）针对扣减库存这个逻辑，lua脚本里面实现Redis比较库存、扣减库存操作的原子性。通过判断Redis Decr命令的返回值即可。此命令会返回扣减后的最新库存，若小于0则表示超卖。
5.1 自己实现分布式锁的坑
setnx不关心锁的顺序导致删除别人的锁
锁失效之后，别人加锁成功，自己把别人的锁删了。
我们无法预估程序执行需要的锁的时间。
public String deductStock() {
String lockKey = "lock:product_101";
Boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "deltaqin");
stringRedisTemplate.expire(lockKey, 10, TimeUnit.SECONDS);
try {
int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
if (stock > 0) {
int realStock = stock - 1;
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
} else {
System.out.println("扣减失败，库存不足");
}
} finally {
stringRedisTemplate.delete(lockKey);
}
return "end";
}
setnx关心锁的顺序还是删除了别人的锁
并发会卡在各种地方，卡住的时候过期了，就会删掉别人加的锁：
错误的原因还是因为解锁的逻辑不是原子性的，这里可以参考Redisson的解锁逻辑使用lua脚本实现。
public String deductStock() {
String lockKey = "lock:product_101";
String clientId = UUID.randomUUID().toString();
Boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, clientId, 30, TimeUnit.SECONDS); //jedis.setnx(k,v)
if (!result) {
return "error_code";
}
try {
int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
if (stock > 0) {
int realStock = stock - 1;
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
} else {
System.out.println("扣减失败，库存不足");
}
} finally {
if (clientId.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(lockKey))) {
// 卡在这里，锁过期了，其他线程又可以加锁，此时又把其他线程新加的锁删掉了
stringRedisTemplate.delete(lockKey);
}
}
return "end";
}
解决办法
这种问题解决的办法就是使用锁续命，比如使用一个定时任务间隔小于锁的超时时间，每隔一段时间就给锁续命，除非线程自己主动删除。这也是Redisson的实现思路。
5.2 锁优化：分段加锁逻辑
针对一个商品，要开启秒杀的时候，会将商品的库存预先加载到Redis缓存中，比如有100个库存，此时可以分为5个key，每一个key有20个库存。可以把分布式锁的性能提升5倍。例如：
- product_10111_stock = 100
- product_10111_stock1 = 20
- product_10111_stock2 = 20
- product_10111_stock3 = 20
- product_10111_stock4 = 20
- product_10111_stock5 = 20
请求来了可以随机可以轮询，扣减完之后就标记不要下次再分配到这个库存。
六、分布式锁的真相与选择
6.1 分布式锁的真相
需要满足的几个特性
- 互斥：不同线程、进程互斥。
- 超时机制：临界区代码耗时导致，网络原因导致。可以使用额外的线程续命保证。
- 完备的锁接口：阻塞的和非阻塞的接口都要有，lock和tryLock。
- 可重入性：当前请求的节点+ 线程唯一标识。
- 公平性：锁唤醒时候，按照顺序唤醒。
- 正确性：进程内的锁不会因为报错死锁，因为崩溃的时候整个进程都会结束。但是多实例部署时死锁就很容易发生，如果粗暴使用超时机制解决死锁问题，就默认了下面这个假设：
- 锁的超时时间 >> 获取锁的时延 + 执行临界区代码的时间 + 各种进程的暂停（比如 GC）
- 但上述假设其实无法保证的。
将分布式锁定位为，可以容忍非常小概率互斥语义失效场景下的锁服务。一般来说，一个分布式锁服务，它的正确性要求越高，性能可能就会越低。
6.2 分布式锁的选择
- 数据库：db操作性能较差，并且有锁表的风险，一般不考虑。
- 优点：实现简单、易于理解
- 缺点：对数据库压力大
- Redis：适用于并发量很大、性能要求很高而可靠性问题可以通过其他方案去弥补的场景。
- 优点：易于理解
- 缺点：自己实现、不支持阻塞
- Redisson：相对于Jedis其实更多用在分布式的场景。
- 优点：提供锁的方法，可阻塞
- Zookeeper：适用于高可靠（高可用），而并发量不是太高的场景。
- 优点：支持阻塞
- 缺点：需理解Zookeeper、程序复杂
- Curator
- 优点：提供锁的方法
- 缺点：Zookeeper，强一致，慢
- Etcd：安全和可靠性上有保证，但是比较重。
不推荐自己编写的分布式锁，推荐使用Redisson和Curator实现的分布式锁。
作者 | 秦泽涛
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