Redis 分布式锁实现 (二)

一、基于 Redis 分布式锁优化

基于 setnx 实现的分布式锁存在下面问题:

  1. 不可重入: 同一个线程无法多次获取同一把锁(例如方法A执行前需要获取锁,然后调用方法B,方法B中也需要获取锁)
  2. 不可重试: 获取锁只尝试一次就返回 false,没有重试机制
  3. 超时释放: 锁超时释放虽然可以避免死锁,但是如果业务执行耗时较长,也会导致锁释放,存在安全隐患
  4. 主从一致性(读写分离): 如果 Redis 提供了主从集群,主从同步存在延迟,当主宕机时了,如果从并未同步主中的锁数据,会出现问题

二、Redisson 介绍

Redisson 是一个在Redis的基础上实现的 Java 驻内存数据网格 (In-Memory Data Grid)。它不仅提供了一系列的分布式的 Java 常用对象,还提供了许多分布式服务,其中就包含了各种分布式锁的实现。

Redis 分布式锁实现 (二)

官方地址

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三、Redisson 入门

3.1、引入依赖

也有redisson-spring-boot-starter,但是会替换官方的 redis 配置,推荐使用如下配置

<dependency>
  <groupId>org.redisson</groupId>
 <artifactId>redisson</artifactId>
 <version>3.17.6</version>
</dependency>

3.2、配置 Redisson 客户端:

@Configuration
public class RedissonConfig {
  @Bean
  public RedissonClient redissonClient() {
  // 配置类
  Config config = new Config();
  // 添加 redis 地址,这里添加了单点地址,也可以使用 config.useClusterServers() 添加集群地址
  config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379").setPassword("root123");
  // 创建客户端
  return Redisson.create(config);
  }
}

3.3、使用 Redisson 的分布式锁

@SpringBootTest
public class RedissonTest {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;

    @Test
    public void testRedisson() throws InterruptedException {
        // 获取锁(可重入锁),指定锁名称
        RLock lock = redissonClient.getLock("anyLock");
        // 尝试获取锁,参数分别是:获取锁的最大等待时间(期间会重试),锁自动释放时间,时间单位,不加第一个参数默认获取锁失败直接返回
        boolean isLock = lock.tryLock(1, 10, TimeUnit.SECONDS);
        // 判断锁是否获取成功
        if (isLock) {
            try {
                System.out.println("执行业务");
            }finally {
                // 释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}

四、Redisson 可重入锁原理

Redis 分布式锁实现 (二)

Redis 分布式锁实现 (二)

对于之前通过 lua 脚本实现的分布式锁,可以发现是无法实现可重入锁的,可重入锁原理就是,当前线程在获取到锁之后,如果需要再次获取锁,会有一个计数器,记住当前线程总共拿了多少次锁,显然,之前 lua 脚本实现的分布式锁无法实现此效果,因为 value 是 string 类型,只存了了线程标识,想要实现可重入锁,将 value 类型改为 hash 类型即可。每次拿到锁,vlaue 都加 1,并且释放锁的时候,不是直接删除,而是 value 减 1,当 value 减少到 0 时,释放锁即删除 lock。

Redis 分布式锁实现 (二)

最终的流程大致如下,并且必须保证操作的原子性,所以这里使用 lua 脚本实现

Redis 分布式锁实现 (二)

获取锁的 Lua 脚本如下

local key = KEYS[1]; -- 锁的 key
local threadId = ARGV[1]; -- 线程的唯一标识
local releaseTime = ARGV[2]; -- 锁自动释放时间
-- 判断是否存在
if (redis.call('exists', key) == 0) then
    -- 不存在,获取锁
    redis.call('hset', key, threadId, '1');
    -- 设置有效期
    redis.call('expire', key, releaseTime);
    return 1; -- 返回结果
end ;

-- 锁已经存在
if (redis.call('hexists', key, threadId) == 1) then
    -- 存在,获取锁,重入次数 + 1
    redis.call('hincrby', key, threadId, '1');
    -- 设置有效期
    redis.call('expire', key, releaseTime);
    return 1; -- 返回结果
end;
return 0; -- 代码走到这里,说明获取的锁的不是自己,获取锁失败

释放锁的 Lua 脚本如下

local key = KEYS[1]; -- 锁的 key
local threadId = ARGV[1]; -- 线程唯一标识
local releaseTime = ARGV[2]; -- 锁的自动释放时间
-- 判断当前锁是否还是被自己持有
if (redis.call('HEXISTS', key, threadId) == 0) then
    return nil; -- 如果已经不是自己,则直接返回
end ;
-- 是自己的锁,则重入 -1
local count = redis.call('HINCRBY', key, threadId, -1);
-- 判断是否重入次数已经为 0
if (count > 0) then
    -- 大于 0 说明不能释放锁,重置有效期然后返回
    redis.call("EXPIRE", key, releaseTime);
    return nil;
else
    -- 等于 0 说明可以释放锁,直接删除
    redis.call('DEL', key);
end;

可重入锁代码测试

@SpringBootTest
@Slf4j
public class RedissonTest {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;
    private RLock lock;

    @BeforeEach
    void setUp() {
        lock = redissonClient.getLock("order");
    }

    /**
     * 可重入锁测试
     */
    @Test
    void method1() {
        // 尝试获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock();
        if (!isLock) {
            log.error("获取锁失败... 1");
            return;
        }
        try {
            log.info("获取锁成功... 1");
            method2();
            log.info("开始执行业务... 1");
        } finally {
            log.warn("准备释放锁... 1");
            lock.unlock();
        }
    }

    private void method2() {
        // 尝试获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock();
        if (!isLock) {
            log.error("获取锁失败... 2");
            return;
        }
        try {
            log.info("获取锁成功... 2");
            log.info("开始执行业务... 2");
        } finally {
            log.warn("准备释放锁... 2");
            lock.unlock();
        }
    }
}

1.当获取锁时,成功,redis 中多了锁标识

Redis 分布式锁实现 (二)

Redis 分布式锁实现 (二)

2.当调用的方法中也获取锁时,count 加 1

Redis 分布式锁实现 (二)

Redis 分布式锁实现 (二)

3.当调用的方法释放锁时,count 减 1

Redis 分布式锁实现 (二)

Redis 分布式锁实现 (二)

4.当 method1释放锁之后,数据被删除

Redis 分布式锁实现 (二)

可以看到 redisson 源码实现方式就是通过 Lua 脚本实现

Redis 分布式锁实现 (二)

Redis 分布式锁实现 (二)

五、Redisson 分布式锁原理

Redis 分布式锁实现 (二)

  • 可重入:利用 hash 结构记录线程 id 和重入次数
  • 可重试:利用信号量和 PubSub 功能实现等待、唤醒,获取锁失败的重试机制
  • 超时续约:利用 watchDog,每隔一段时间(releaseTime/3),重置超时时间
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