聊聊分布式锁原理及Redis如何实现分布式锁
- 作者: 铁血眼泪已经流干
- 来源: 51数据库
- 2023-01-29
本篇文章给大家带来了关于redis的相关知识,其中主要介绍了关于分布式锁是什么?Redis又是怎么实现分布式锁的?需要满足什么条件?下面一起来看一下吧,希望对需要的朋友有帮助。
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
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(); } }