分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖

這篇文章主要介紹“分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖”，在日常操作中，相信很多人在分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖問(wèn)題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”分布式鎖的原理及Redis怎么實(shí)現(xiàn)分布式鎖”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

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(gè)線程都能看到相同的結(jié)果，注意：這個(gè)地方說(shuō)的可見性并不是并發(fā)編程中指的內(nèi)存可見性，只是說(shuō)多個(gè)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(shí)時(shí)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(duì)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(jí)開發(fā)中基本都使用redis或者zookeeper作為分布式鎖，利用setnx這個(gè)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(wú)法獲得到鎖，利用這套邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖

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

二、基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

實(shí)現(xiàn)分布式鎖時(shí)需要實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)基本方法：

• 獲取鎖：

• 互斥：確保只能有一個(gè)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(dòng)釋放

• 超時(shí)釋放：獲取鎖時(shí)添加一個(gè)超時(shí)時(shí)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(gè)線程的隨機(jī)值都不同，用于釋放鎖時(shí)的校驗(yàn)

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

• PX：自動(dòng)失效時(shí)間，出現(xiàn)異常情況，鎖可以過(guò)期失效

利用NX的原子性，多個(gè)線程并發(fā)時(shí)，只有一個(gè)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(guò)了鎖的有效期，鎖自動(dòng)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(shí)時(shí)間，過(guò)期后自動(dòng)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(shí)
        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(guò)del刪除鎖
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }

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

鎖誤刪問(wèn)題

問(wèn)題說(shuō)明：

持有鎖的線程1在鎖的內(nèi)部出現(xiàn)了阻塞，這時(shí)鎖超時(shí)自動(dòng)釋放，這時(shí)線程2嘗試獲得鎖，然后線程2在持有鎖執(zhí)行過(guò)程中，線程1反應(yīng)過(guò)來(lái)，繼續(xù)執(zhí)行，走到了刪除鎖邏輯，此時(shí)就會(huì)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(shí)，放入自己線程的標(biāo)識(shí)，在刪除鎖時(shí)，判斷當(dāng)前這把鎖的標(biāo)識(shí)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(wèn)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(shí)
        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(wèn)題

問(wèn)題分析：

上述釋放鎖的代碼依然存在鎖誤刪問(wèn)題，當(dāng)線程1獲取鎖中的線程標(biāo)識(shí)，并根據(jù)標(biāo)識(shí)判斷是自己的鎖，這時(shí)鎖到期自動(dòng)釋放，恰好線程2嘗試獲取鎖，并拿到了鎖，此時(shí)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(wèn)題。

解決方案：

Redis提供了Lua腳本功能，在一個(gè)腳本中編寫多條Redis命令，可以確保多條命令執(zhí)行時(shí)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(shí)
        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(guò)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(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！