分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖

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一、分布式鎖基本原理

分布式鎖：滿足分布式系統(tǒng)或集群模式下多進(jìn)程可見并且互斥的鎖。

分布式鎖應(yīng)該滿足的條件：

  • 可見性：多個線程都能看到相同的結(jié)果，注意：這個地方說的可見性并不是并發(fā)編程中指的內(nèi)存可見性，只是說多個進(jìn)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(zhí)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(huán)

常見的分布式鎖有三種：

  • MySQL：mysql本身就帶有鎖機(jī)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(shí)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(xiàn)在企業(yè)級開發(fā)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(shí)現(xiàn)分布式鎖

  • Zookeeper：zookeeper也是企業(yè)級開發(fā)中較好的一個實(shí)現(xiàn)分布式鎖的方案

分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖

二、基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

實(shí)現(xiàn)分布式鎖時需要實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)分布式鎖原理：

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

  • resource_name：資源名稱，可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)區(qū)分不同的鎖

  • my_random_value：隨機(jī)值，每個線程的隨機(jī)值都不同，用于釋放鎖時的校驗(yàn)

  • NX：key不存在時設(shè)置成功，key存在則設(shè)置不成功

  • PX：自動失效時間，出現(xiàn)異常情況，鎖可以過期失效

利用NX的原子性，多個線程并發(fā)時，只有一個線程可以設(shè)置成功，設(shè)置成功表示獲得鎖，可以執(zhí)行后續(xù)的業(yè)務(wù)處理；如果出現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(biāo)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(nèi)部出現(xiàn)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(zhí)行過程中，線程1反應(yīng)過來，繼續(xù)執(zhí)行，走到了刪除鎖邏輯，此時就會把本應(yīng)該屬于線程2的鎖進(jìn)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(biāo)識，在刪除鎖時，判斷當(dāng)前這把鎖的標(biāo)識是不是自己存入的，如果是，則進(jìn)行刪除，如果不是，則不進(jìn)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(biāo)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(biāo)示
       String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
       // 獲取鎖中的標(biāo)示
       String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
       // 判斷標(biāo)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(dāng)線程1獲取鎖中的線程標(biāo)識，并根據(jù)標(biāo)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(zhí)行釋放鎖的操作，就導(dǎo)致誤刪了線程2持有的鎖。

原因在于，由java代碼實(shí)現(xiàn)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(zhí)行時的原子性。

版本三：調(diào)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(biāo)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(zhí)行l(wèi)ua腳本實(shí)現(xiàn)鎖刪除，可以校驗(yàn)隨機(jī)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，關(guān)于“分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！

網(wǎng)站題目：分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖
文章URL：http://bm7419.com/article2/jdehic.html

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