Redis分布式鎖的原理是什么

前言

以前在學(xué)校做小項(xiàng)目的時(shí)候，用到Redis，基本也只是用來(lái)當(dāng)作緩存?？砂⒎墼诠ぷ髦邪l(fā)現(xiàn)，Redis在生產(chǎn)中并不只是當(dāng)作緩存這么簡(jiǎn)單。在阿粉接觸到的項(xiàng)目中，Redis起到了一個(gè)分布式鎖的作用，具體情況是這樣的：

該項(xiàng)目在某金融平臺(tái)中負(fù)責(zé)某塊業(yè)務(wù)，是一個(gè)分布式系統(tǒng)，線上大概跑著10個(gè)左右的實(shí)例。其中有一個(gè)步驟需要用戶支付一定的費(fèi)用，Redis分布式鎖在其中大概處于這么一個(gè)位置：

 

可以看到在上分布式鎖之后，系統(tǒng)做了兩個(gè)查詢(xún)校驗(yàn)，然后向數(shù)據(jù)庫(kù)中插入了一條訂單記錄，接著才解鎖進(jìn)入支付流程。

從業(yè)務(wù)的角度考慮分布式鎖是好理解的，它保證了查詢(xún)及插入數(shù)據(jù)整個(gè)流程的原子性，防止查詢(xún)校驗(yàn)的時(shí)候查到臟數(shù)據(jù)，使得支付前訂單信息落表的操作串行化執(zhí)行。

盡管從業(yè)務(wù)上來(lái)說(shuō)很好理解，但使用Redis作為分布式鎖對(duì)我來(lái)說(shuō)是個(gè)新知識(shí)，阿粉打算結(jié)合項(xiàng)目中的代碼，深挖一下這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

 

正文

1. 為什么要使用分布式鎖

在實(shí)際項(xiàng)目中見(jiàn)過(guò)分布式鎖后，就不難理解為什么要使用分布式鎖了：總結(jié)來(lái)說(shuō)就是分布式系統(tǒng)要訪問(wèn)共享資源，為了避免并發(fā)訪問(wèn)資源帶來(lái)錯(cuò)誤，我們?yōu)楣蚕碣Y源添加一把鎖，讓各個(gè)訪問(wèn)互斥，保證并發(fā)訪問(wèn)的安全性，這就是使用分布式鎖的原因。

2. Redis中分布式鎖的實(shí)現(xiàn)

redis中使用分布式鎖很簡(jiǎn)單，只要使用setnx指令對(duì)某個(gè)key上鎖就行：

setnx lock test //上鎖
del lock test   //解鎖

當(dāng)某個(gè)key沒(méi)有被占用的時(shí)候，setnx指令會(huì)返回1，否則返回0，這就是Redis中分布式鎖的使用原理。

當(dāng)然我們還可以在上鎖之后使用expire指令給鎖設(shè)置過(guò)期時(shí)間。

看到這里你可能會(huì)有疑問(wèn)，如果我們的程序流程不使用指令解鎖，靠redis設(shè)置時(shí)間過(guò)期來(lái)解鎖，貌似會(huì)出問(wèn)題。假如我們的服務(wù)進(jìn)程在執(zhí)行setnx之后和執(zhí)行expire指令之前掛掉了，那這個(gè)鎖豈不是永遠(yuǎn)都不能被釋放？

 

沒(méi)錯(cuò)，這確實(shí)是個(gè)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)人們?cè)赗edis的開(kāi)源社區(qū)提出了一堆解決方案專(zhuān)門(mén)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)方式都極為復(fù)雜。后來(lái)Redis的作者在Redis 2.8版本中加入了set指令的擴(kuò)展參數(shù)，使得setnx指令和expire指令能夠同時(shí)執(zhí)行，具體使用像下面這個(gè)樣子：

set lock test ex 5 nx
ex：設(shè)置鍵的過(guò)期時(shí)間
nx：只在鍵不存在時(shí)，才對(duì)鍵進(jìn)行設(shè)置操作

從此以后，Redis成為了分布式鎖的寵兒。

3. 分布式鎖在Redis集群中遇到的麻煩

在學(xué)習(xí)了Redis中分布式鎖的使用后，很快我們便發(fā)現(xiàn)了新的問(wèn)題。在企業(yè)中，Redis基本上都是集群部署的，集群部署避免不了要面對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)宕機(jī)的問(wèn)題。

我們考慮這么一種情況：假設(shè)我們?cè)趓edis的主節(jié)點(diǎn)上添加了一把分布式鎖，不幸的是主節(jié)點(diǎn)掛掉了，而且主節(jié)點(diǎn)上的鎖還沒(méi)有同步到從節(jié)點(diǎn)上，如果此時(shí)有客戶端來(lái)請(qǐng)求獲得同一把鎖，那么它將順利地獲得鎖，之前那把鎖會(huì)被無(wú)情地忽視掉，這就是分布式鎖在Redis集群中遇到的麻煩。

 

Redis的作者為了解決這個(gè)問(wèn)題提出了一個(gè)叫Redlock的算法，它的原理是這樣的：當(dāng)上鎖的時(shí)候，把set指令發(fā)送給過(guò)半的節(jié)點(diǎn)，只要過(guò)半的鎖set成功，就認(rèn)為這次加鎖成功；當(dāng)解鎖的時(shí)候，會(huì)向所有的節(jié)點(diǎn)發(fā)送del指令。

從這個(gè)算法的原理可以看出，由于Redlock需要同時(shí)對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫(xiě)，因此使用Redlock加分布式鎖的性能要比單機(jī)Redis低很多。因?yàn)橹鲝膹?fù)制出紕漏的概率極低，所以如果對(duì)分布式加鎖過(guò)程有一定的容錯(cuò)率的話，可以考慮直接使用set指令；如果追求高可用性，可以考慮使用Redlock算法。

當(dāng)然，高可用性的分布式鎖不只有Redis的Redlock，我們還可以用zookeeper或者支持事務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)做分布式鎖。

?

簡(jiǎn)述zookeeper的分布式鎖原理：假設(shè)zk用某個(gè)節(jié)點(diǎn)作為分布式鎖，當(dāng)不同的客戶端到zk競(jìng)爭(zhēng)這把鎖的時(shí)候，zk會(huì)按順序給不同的客戶端創(chuàng)建一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，掛在作為分布式鎖的節(jié)點(diǎn)下面。假設(shè)第一個(gè)來(lái)到的客戶端為A，第二個(gè)來(lái)到的是B，分布式節(jié)點(diǎn)下掛的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是A，B緊跟著A，且B會(huì)監(jiān)聽(tīng)著A的生命狀態(tài)，當(dāng)A釋放鎖后A會(huì)被刪除，這時(shí)B監(jiān)聽(tīng)到A被刪除，B接能上位獲得分布式鎖了。

?  

在公司的項(xiàng)目中，雖然Redis是以集群的方式部署的，但還是使用最基本的set指令獲取分布式鎖，因?yàn)檫@種方式的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Redlock算法，也高于zk，數(shù)據(jù)庫(kù)等分布式鎖實(shí)現(xiàn)方式。

雖然在高性能與低概率的錯(cuò)誤中選擇了高性能，但項(xiàng)目中還是做了其他工作對(duì)錯(cuò)誤情況進(jìn)行兜底的，比如在公司的項(xiàng)目中對(duì)主從復(fù)制時(shí)的錯(cuò)誤情況會(huì)拋出異常，然后根據(jù)異常會(huì)進(jìn)行一些重試的操作。