【分布式锁】RedLock 实现分布式锁

系统管理员 2021-11-10 02:36 606阅读 0赞

并发是程序开发中不可避免的问题，根据系统面向用户、功能场景的不同，并发的重视程度会有不同。从程序的角度来说，并发意味着相同的时间点执行了相同的代码，而有些情况是不被允许的，比如：转账、抢购占库存等，如果没有做好临界条件的验证，会带来非常严重的后果。追根结底是因为并发引起的数据不一致问题，面对并发，我们通常会采用锁来优化。

### 场景模拟 ###

如下模拟抢购的示例代码（C\#）：

// 有10个商品库存
    private static int stockCount = 10;
    
    public bool Buy()
    {
        // 模拟执行的逻辑代码花费的时间
        Thread.Sleep(new Random().Next(100,500));
        if (stockCount > 0)
        {
            stockCount--;
            return true;
        }
        return false;
    }

模拟并行调用 Buy 方法 15 次（内部使用的是线程池，所以 ThreadId 会有重复），实际上只有 10 个库存，返回结果却显示 11 个请求都购买成功了。

### 单机部署模式解决方案 ###

在单机部署模式下，我们只需要加 lock()\{\} 就可以解决问题：

// 有10个商品库存
    private static int stockCount = 10;
    
    private static object obj = new object();
    
    public bool Buy()
    {
        lock (obj)
        {
            // 模拟执行的逻辑代码花费的时间
            Thread.Sleep(new Random().Next(100, 500));
            if (stockCount > 0)
            {
                stockCount--;
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

从输出结果中可以看出，确实只有10个请求是显示购买成功，但同时发现部分请求的执行时间明显变长，这就是加锁带来的最直观影响，当某个线程获得锁之后，在没有释放之前，其他线程只能继续等待，并发越高，更多的线程需要等待轮流被处理。

各种语言一般都提供了锁的实现，用法大同小异，语言本身实现的锁只能作用于当前进程内，所以在单机模式部署的系统中使用基本没什么问题。

### 集群部署模式解决方案（分布式锁） ###

在集群模式下，系统部署于多台机器（一个系统运行在多个进程中），语言本身实现的锁只能确保当前进程内有效（基于内存），多进程就没办法共享锁状态，这时我们就得考虑采用分布式锁，分布式锁可以采用 **数据库**、**ZooKeeper**、**Redis** 等来实现，最终都是为了达到在不同的进程、线程内能共享锁状态的目的。

这里将介绍基于 Redis 的 RedLock.net 来解决分布式下的并发问题，RedLock.net 是 RedLock 分布式锁算法的 .NET 版实现 (*大部分语言都有对应的实现，查看*) ，RedLock 分布式锁算法是由 Redis 的作者提出。

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#### RedLock 简介 ####

RedLock 的思想是使用多台 Redis Master ，节点完全独立，节点间不需要进行数据同步，因为 Master-Slave 架构一旦 Master 发生故障时数据没有复制到 Slave，被选为 Master 的 Slave 就丢掉了锁，另一个客户端就可以再次拿到锁。锁通过 setNX（原子操作） 命令设置，在有效时间内当获得锁的数量大于 (n/2+1) 代表成功，失败后需要向所有节点发送释放锁的消息。

获取锁：

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

释放锁：

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
        return redis.call("del",KEYS[1])
    else
        return 0
    end

RedLock.net 集成

1.  创建 .NETCore API 项目
2.  Nuget 安装 RedLock.net
    
        Install-Package RedLock.net
    
     
3.  appsettings.json 添加 redis 配置
    
        {
          "RedisUrl": "127.0.0.1:6379", // 多个用,分割
          ...
        }
    
     
4.  添加 ProductService.cs，模拟商品购买
    
        // 有10个商品库存，如果同时启动多个API服务进行测试，这里改成存数据库或其他方式
        private static int stockCount = 10;
        public async Task<bool> BuyAsync()
        {
            // 模拟执行的逻辑代码花费的时间
            await Task.Delay(new Random().Next(100, 500));
            if (stockCount > 0)
            {
                stockCount--;
                return true;
            }
            return false;
        }
    
     
5.  修改 Startup.cs ，创建 RedLockFactory
    
    定义 RedLockFactory 变量：
    
        private RedLockFactory lockFactory;
    
    添加方法：
    
        private RedLockFactory GetRedLockFactory()
        {
            var redisUrl = Configuration["RedisUrl"];
            if (string.IsNullOrEmpty(redisUrl))
            {
                throw new ArgumentException("RedisUrl 不能为空");
            }
            var urls = redisUrl.Split(",").ToList();
            var endPoints = new List<RedLockEndPoint>();
            foreach (var item in urls)
            {
                var arr = item.Split(":");
                endPoints.Add(new DnsEndPoint(arr[0], Convert.ToInt32(arr[1])));
            }
            return RedLockFactory.Create(endPoints);
        }
    
    在 ConfigureServices 注入 IDistributedLockFactory：
    
        lockFactory = GetRedLockFactory();
        services.AddSingleton(typeof(IDistributedLockFactory), lockFactory);
        services.AddScoped(typeof(ProductService));
    
    修改 Configure，应用程序结束时释放 lockFactory ：
    
        public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, IApplicationLifetime lifetime)
        {
            ...
        
            lifetime.ApplicationStopping.Register(() =>
            {
                lockFactory.Dispose();
            });
        }
    
     
6.  在 Controller 添加方法 DistributedLockTest
    
        private readonly IDistributedLockFactory _distributedLockFactory;
        private readonly ProductService _productService;
        
        public HomeController(IDistributedLockFactory distributedLockFactory,
            ProductService productService)
        {
            _distributedLockFactory = distributedLockFactory;
            _productService = productService;
        }
        
        [HttpGet]
        public async Task<bool> DistributedLockTest()
        {
            var productId = "id";
            // resource 锁定的对象
            // expiryTime 锁定过期时间，锁区域内的逻辑执行如果超过过期时间，锁将被释放
            // waitTime 等待时间,相同的 resource 如果当前的锁被其他线程占用,最多等待时间
            // retryTime 等待时间内，多久尝试获取一次
            using (var redLock = await _distributedLockFactory.CreateLockAsync(productId, TimeSpan.FromSeconds(5), TimeSpan.FromSeconds(1), TimeSpan.FromMilliseconds(20)))
            {
                if (redLock.IsAcquired)
                {
                    var result = await _productService.BuyAsync();
                    return result;
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine($"获取锁失败：{DateTime.Now}");
                }
            }
            return false;
        }
    
     
7.  调用接口测试
    
        Parallel.For(1, 16, (i) =>
        {
            var stopwatch = new Stopwatch();
            stopwatch.Start();
            var data = GetAsync($"http://localhost:5000/home/distributedLockTest").Result;
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine($"ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, Result:{data}, Time:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
        });
    
    关于 RedLock 分布式锁算法的争议大家可以参考：
    
    How to do distributed locking  
    Is Redlock safe?
    
    ### 总结 ###
    
    如果使用锁，必然对性能上会有一定影响，我们需要根据实际场景来判断是真正需要。在指定锁过期时间时要相对合理，避免出现锁已过期，但逻辑还没执行完成，这样就失去了锁的意义，当然这种情况下我们还可以考虑重入锁。
    
    最后推荐一下微软开源的一个基于 Actor 模型的分布式框架 Orleans，也可以达到分布式锁的效果。*原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/gwiCY6qfLtWLDe2AjlbOsw，http://beckjin.com/2019/01/06/redLock-net/*

转载于:https://www.cnblogs.com/xuxml/p/10937294.html

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