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分布式锁的原理及Redis怎么实现分布式锁

发布时间:2023-01-31 10:12:29 来源:亿速云 阅读:138 作者:iii 栏目:关系型数据库

这篇文章主要介绍“分布式锁的原理及Redis怎么实现分布式锁”,在日常操作中,相信很多人在分布式锁的原理及Redis怎么实现分布式锁问题上存在疑惑,小编查阅了各式资料,整理出简单好用的操作方法,希望对大家解答”分布式锁的原理及Redis怎么实现分布式锁”的疑惑有所帮助!接下来,请跟着小编一起来学习吧!

一、分布式锁基本原理

分布式锁:满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

分布式锁应该满足的条件:

  • 可见性:多个线程都能看到相同的结果,注意:这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性,只是说多个进程之间都能感知到变化的意思

  • 互斥:互斥是分布式锁的最基本的条件,使得程序串行执行

  • 高可用:程序不易崩溃,时时刻刻都保证较高的可用性

  • 高性能:由于加锁本身就让性能降低,所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能

  • 安全性:安全也是程序中必不可少的一环

常见的分布式锁有三种:

  • Mysql:mysql本身就带有锁机制,但是由于mysql性能本身一般,所以采用分布式锁的情况下,其实使用mysql作为分布式锁比较少见

  • Redis:redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式,现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁,利用setnx这个方法,如果插入key成功,则表示获得到了锁,如果有人插入成功,其他人插入失败则表示无法获得到锁,利用这套逻辑来实现分布式锁

  • Zookeeper:zookeeper也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案

分布式锁的原理及Redis怎么实现分布式锁

二、基于Redis实现分布式锁

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法:

  • 获取锁:

    • 互斥:确保只能有一个线程获取锁

    • 非阻塞:尝试一次,成功返回true,失败返回false

  • 释放锁:

    • 手动释放

    • 超时释放:获取锁时添加一个超时时间

基于Redis实现分布式锁原理:

SET resource_name my_random_value NX PX 30000
  • resource_name:资源名称,可根据不同的业务区分不同的锁

  • my_random_value:随机值,每个线程的随机值都不同,用于释放锁时的校验

  • NX:key不存在时设置成功,key存在则设置不成功

  • PX:自动失效时间,出现异常情况,锁可以过期失效

利用NX的原子性,多个线程并发时,只有一个线程可以设置成功,设置成功表示获得锁,可以执行后续的业务处理;如果出现异常,过了锁的有效期,锁自动释放;

版本一

1、定义ILock接口

public interface ILock extends AutoCloseable {
   /**
    * 尝试获取锁
    *
    * @param timeoutSec 锁持有的超时时间,过期后自动释放
    * @return true代表获取锁成功;false代表获取锁失败
    */
   boolean tryLock(long timeoutSec);

   /**
    * 释放锁
    * @return
    */
   void unLock();
}

2、基于Redis实现分布式锁—RedisLock

public class SimpleRedisLock {
   private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
   private final String name;

   public SimpleRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String name) {
       this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
       this.name = name;
   }

   private static final String KEY_PREFIX = "lock:";

   @Override
   public boolean tryLock(long timeoutSec) {
       //获取线程标识
       String threadId = Thread.currentThread().getId();
       //获取锁
       Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
               .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
       return Boolean.TRUE.equals(success);
   }

   @Override
   public void unLock() {
       //通过del删除锁
       stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
   }

   @Override
   public void close() {
       unLock();
   }
}

锁误删问题

问题说明:

持有锁的线程1在锁的内部出现了阻塞,这时锁超时自动释放,这时线程2尝试获得锁,然后线程2在持有锁执行过程中,线程1反应过来,继续执行,走到了删除锁逻辑,此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除,这就是锁误删的情况。

解决方案:

在存入锁时,放入自己线程的标识,在删除锁时,判断当前这把锁的标识是不是自己存入的,如果是,则进行删除,如果不是,则不进行删除。

版本二:解决锁误删问题

public class SimpleRedisLock {
   private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
   private final String name;

   public SimpleRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String name) {
       this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
       this.name = name;
   }

   private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
   private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";

   @Override
   public boolean tryLock(long timeoutSec) {
       //获取线程标识
       String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
       //获取锁
       Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
               .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
       return Boolean.TRUE.equals(success);
   }

   @Override
   public void unLock() {
       // 获取线程标示
       String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
       // 获取锁中的标示
       String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
       // 判断标示是否一致
       if(threadId.equals(id)) {
           // 释放锁
           stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
       }
   }

   @Override
   public void close() {
       unLock();
   }
}

锁释放的原子性问题

问题分析:

上述释放锁的代码依然存在锁误删问题,当线程1获取锁中的线程标识,并根据标识判断是自己的锁,这时锁到期自动释放,恰好线程2尝试获取锁,并拿到了锁,此时线程1依然执行释放锁的操作,就导致误删了线程2持有的锁。

原因在于,由java代码实现的释放锁流程不是原子操作,存在线程安全问题。

解决方案:

Redis提供了Lua脚本功能,在一个脚本中编写多条Redis命令,可以确保多条命令执行时的原子性。

版本三:调用Lua脚本改造分布式锁

public class SimpleRedisLock implements ILock {
   private final StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
   private final String name;

   public SimpleRedisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate, String name) {
       this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
       this.name = name;
   }

   private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
   private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";

   @Override
   public boolean tryLock(long timeoutSec) {
       //获取线程标识
       String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
       //获取锁
       Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
               .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
       return Boolean.TRUE.equals(success);
   }

   @Override
   public void unLock() {
       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";
       //通过执行lua脚本实现锁删除,可以校验随机值
       RedisScript<Boolean> redisScript = RedisScript.of(script, Boolean.class);
       stringRedisTemplate.execute(redisScript,
               Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
               ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
   }

   @Override
   public void close() {
       unLock();
   }
}

到此,关于“分布式锁的原理及Redis怎么实现分布式锁”的学习就结束了,希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习,快去试试吧!若想继续学习更多相关知识,请继续关注亿速云网站,小编会继续努力为大家带来更多实用的文章!

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