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本篇文章給大家帶來了關于redis的相關知識,其中主要介紹了關于分布式鎖是什么?Redis又是怎么實現分布式鎖的?需要滿足什么條件?下面一起來看一下吧,希望對需要的朋友有幫助。


聊聊分布式鎖原理及Redis如何實現分布式鎖


一、分布式鎖基本原理

分布式鎖:滿足分布式系統或集群模式下多進程可見并且互斥的鎖。

分布式鎖應該滿足的條件:

可見性:多個線程都能看到相同的結果,注意:這個地方說的可見性并不是并發編程中指的內存可見性,只是說多個進程之間都能感知到變化的意思

互斥:互斥是分布式鎖的最基本的條件,使得程序串行執行

高可用:程序不易崩潰,時時刻刻都保證較高的可用性

高性能:由于加鎖本身就讓性能降低,所有對于分布式鎖本身需要他就較高的加鎖性能和釋放鎖性能

安全性:安全也是程序中必不可少的一環

常見的分布式鎖有三種:

Mysql:mysql本身就帶有鎖機制,但是由于mysql性能本身一般,所以采用分布式鎖的情況下,其實使用mysql作為分布式鎖比較少見

Redis:redis作為分布式鎖是非常常見的一種使用方式,現在企業級開發中基本都使用redis或者zookeeper作為分布式鎖,利用setnx這個方法,如果插入key成功,則表示獲得到了鎖,如果有人插入成功,其他人插入失敗則表示無法獲得到鎖,利用這套邏輯來實現分布式鎖

Zookeeper:zookeeper也是企業級開發中較好的一個實現分布式鎖的方案


聊聊分布式鎖原理及Redis如何實現分布式鎖


二、基于Redis實現分布式鎖

實現分布式鎖時需要實現的兩個基本方法:

獲取鎖:

互斥:確保只能有一個線程獲取鎖

非阻塞:嘗試一次,成功返回true,失敗返回false

釋放鎖:

手動釋放

超時釋放:獲取鎖時添加一個超時時間

基于Redis實現分布式鎖原理:

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

resource_name:資源名稱,可根據不同的業務區分不同的鎖

my_random_value:隨機值,每個線程的隨機值都不同,用于釋放鎖時的校驗

NX:key不存在時設置成功,key存在則設置不成功

PX:自動失效時間,出現異常情況,鎖可以過期失效

利用NX的原子性,多個線程并發時,只有一個線程可以設置成功,設置成功表示獲得鎖,可以執行后續的業務處理;如果出現異常,過了鎖的有效期,鎖自動釋放;


版本一

1、定義ILock接口

public interface ILock extends AutoCloseable {
    /**
     * 嘗試獲取鎖
     *
     * @param timeoutSec 鎖持有的超時時間,過期后自動釋放
     * @return true代表獲取鎖成功;false代表獲取鎖失敗
     */
    boolean tryLock(long timeoutSec);
 
    /**
     * 釋放鎖
     * @return
     */
    void unLock();
}

2、基于Redis實現分布式鎖—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) {
        //獲取線程標識
        String threadId = Thread.currentThread().getId();
        //獲取鎖
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }
 
    @Override
    public void unLock() {
        //通過del刪除鎖
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
 
    @Override
    public void close() {
        unLock();
    }
}


鎖誤刪問題

問題說明:

持有鎖的線程1在鎖的內部出現了阻塞,這時鎖超時自動釋放,這時線程2嘗試獲得鎖,然后線程2在持有鎖執行過程中,線程1反應過來,繼續執行,走到了刪除鎖邏輯,此時就會把本應該屬于線程2的鎖進行刪除,這就是鎖誤刪的情況。

解決方案:

在存入鎖時,放入自己線程的標識,在刪除鎖時,判斷當前這把鎖的標識是不是自己存入的,如果是,則進行刪除,如果不是,則不進行刪除。


版本二:解決鎖誤刪問題

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) {
        //獲取線程標識
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        //獲取鎖
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }
 
    @Override
    public void unLock() {
        // 獲取線程標示
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 獲取鎖中的標示
        String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
        // 判斷標示是否一致
        if(threadId.equals(id)) {
            // 釋放鎖
            stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
        }
    }
 
    @Override
    public void close() {
        unLock();
    }
}


鎖釋放的原子性問題

問題分析:

上述釋放鎖的代碼依然存在鎖誤刪問題,當線程1獲取鎖中的線程標識,并根據標識判斷是自己的鎖,這時鎖到期自動釋放,恰好線程2嘗試獲取鎖,并拿到了鎖,此時線程1依然執行釋放鎖的操作,就導致誤刪了線程2持有的鎖。

原因在于,由java代碼實現的釋放鎖流程不是原子操作,存在線程安全問題。

解決方案:

Redis提供了Lua腳本功能,在一個腳本中編寫多條Redis命令,可以確保多條命令執行時的原子性。


版本三:調用Lua腳本改造分布式鎖

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) {
        //獲取線程標識
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        //獲取鎖
        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";
        //通過執行lua腳本實現鎖刪除,可以校驗隨機值
        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();
    }
}


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