Redis应用之分布式锁(set)

在单机应用的场景下，我们常使用的锁主要是synchronized与Lock；但是在分布式横行的大环境下，显然仅仅这两种锁已经无法满足我们的需求；

需求：秒杀场景下，有若干服务实例，假设有2个，那么分别会有若干请求分别请求这2个服务实例。要求只能有一个请求秒杀成功，本质是秒杀方法在同一时间内只能被同一个线程执行，这就需要使用到分布式锁。

场景分布式锁

• 基于数据库实现
  • 基于数据库实现分布式锁，主要使用InnoDB下的for update（如使用行级锁，需加唯一索引）
• 基于Zookeeper实现
  • 在指定节点的目录下，创建一个唯一的瞬时有序节点。可以使用Curator去实现。
• 基于缓存实现（redis）
  • 主要使用set（setnx用法有缺陷且过时）

详解redis的set命令

我们已知道set用于设置String类型的key/value值，如下：

127.0.0.1:6379> set name gaoyuan
OK
127.0.0.1:6379> get name
"gaoyuan"

setnx + expire = 非原子性

在redis2.6.12版本之前，分布式锁常使用setnx来实现。setnx是set if not exists的意思，也就是当值不存在时，才可以创建成功，这样就能保证在同一时间只能有个设置成功。

但是，setnx无法在插入值的同时设置超时时间，setnx 与 expire 是两条独立的语句，这样加锁操作就是非原子性的，那么就会带来问题。（比如，当setnx成功后，准备执行expire前，程序突然出现错误，则添加的数据就无法清除了，因为没有超时时间，不会自动清除）

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

在redis2.6.12版本之后，redis支持通过set在设置值得同时设置超时时间，此操作是原子操作。

// 设置lock的值为123，存在6秒
127.0.0.1:6379> set lock 123 EX 6 NX
OK
// 6秒内，重复设置lock的值为123，返回nil(也就是null)
127.0.0.1:6379> set lock 123 EX 6 NX
(nil)
// 6秒内，获取值，能够获取到
127.0.0.1:6379> get lock
"123"
// 6秒后，获取值，获取为nil，又可以重新set值了
127.0.0.1:6379> get lock
(nil)

下面我们利用set的特性来实现分布式锁。

实现分布式锁

我们先看一个不加锁的例子

我们先构造一个对象 MyThread

class MyThread implements Runnable{
    int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        try {
            for(int j=0;j<10;j++){
                i = i + 1;
                // 这里延时，为了让其他线程进行干扰
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                i = i - 1;
                System.out.println("i=" + i);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

执行

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
MyThread myThread = new MyThread();
executorService.submit(myThread);
executorService.submit(myThread);
executorService.submit(myThread);
executorService.shutdown();

输出

i=0
i=0
i=0
i=3
i=3
i=3
i=4
i=4
...

可以看出，i居然会出现不等于0的情况。

Redis加锁(set命令)

获取锁的方法

/**
 * 获取锁
 * 利用set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] 命令实现锁机制
 * @author GaoYuan
 */
public static String tryLock(Jedis jedis, int timeout) throws Exception{
    if(timeout == 0){
        timeout = 5000;
    }
    String returnId = null;
    // 生成随机标识
    String id = UUID.randomUUID().toString();
    // 设置锁超时10秒
    int lockExpireMs = 10000;
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    // 超时时间内循环获取
    while ((System.currentTimeMillis() - startTime) < timeout){
        String result = jedis.set(lockKey, id, "NX", "PX", lockExpireMs);
        if(result != null){
            returnId = id;
            break;
        }
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
    }
    if(returnId == null){
        // 获取锁超时，抛出异常
        throw new Exception("获取锁超时");
    }
    // 将set的值返回，用于后续的解锁
    return returnId;
}

释放锁的方法（释放锁的方式有两种）

释放方法一：

/**
 * 释放锁 - 利用redis的watch + del
 * @author GaoYuan
 */
public static boolean unLock(Jedis jedis, String id){
    boolean result = false;
    while(true){
        if(jedis.get(lockKey) == null){
            return false;
        }
        // 配置监听
        jedis.watch(lockKey);
        // 这里确保是加锁者进行解锁
        if(id!=null && id.equals(jedis.get(lockKey))){
            Transaction transaction = jedis.multi();
            transaction.del(lockKey);
            List<Object> results = transaction.exec();
            if(results == null){
                continue;
            }
            result = true;
        }
        // 释放监听
        jedis.unwatch();
        break;
    }
    return result;
}

释放方法二：

/**
 * 释放锁 - 利用lua脚本
 * @author GaoYuan
 */
public static boolean unLockByLua(Jedis jedis, String id){
    String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
    Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(id));
    if (Objects.equals(1, result)) {
        return true;
    }
    return  false;
}

改造之前的例子

class MyThread implements Runnable{
    int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        try {
            for(int j=0;j<10;j++){
                Jedis jedis = new Jedis(JedisConfig.HOST, JedisConfig.PORT);
                try {
                    // 尝试获取锁，有超时时间
                    String id = RedisLock.tryLock(jedis,5000);
                    i = i + 1;
                    // 这里延时，为了让其他线程进行干扰（当然，加锁就不会有干扰）
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                    i = i - 1;
                    // 加锁后，期望值 i=0
                    System.out.println("i=" + i);
                    // 释放锁
                    RedisLock.unLock(jedis, id);
                }catch (Exception e){
                    // e.printStackTrace();
                    System.out.println("获取锁超时");
                }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行输出

i=0
i=0
i=0
i=0
i=0
i=0
...

将run方法中的延时时间设置成1秒（1000）后，会打印超时的情况

i=0
i=0
i=0
获取锁超时
获取锁超时
i=0
...

至此利用jedis实现了分布式锁。

码云

完整代码见： https://gitee.com/gmarshal/foruo-demo/tree/master/foruo-demo-redis/foruo-demo-redis-lock

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