Redis分布式锁原理详解 - Redisson

Bertha 。 2022-11-15 11:26 204阅读 0赞

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[线程锁、进程锁、分布式锁以及数据库锁][Link 1]  
[linux后台开发面试必备技能——锁，原子操作，CAS][linux_CAS]

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## 一、高效分布式锁 ##

当我们在设计分布式锁的时候，我们应该考虑分布式锁至少要满足的一些条件，同时考虑如何高效的设计分布式锁，这里我认为以下几点是必须要考虑的。

**1、互斥**

在分布式高并发的条件下，我们最需要保证，同一时刻只能有一个线程获得锁，这是最基本的一点。

**2、防止死锁**

在分布式高并发的条件下，比如有个线程获得锁的同时，还没有来得及去释放锁，就因为系统故障或者其它原因使它无法执行释放锁的命令,导致其它线程都无法获得锁，造成死锁。

所以分布式非常有必要设置锁的 有效时间 ，确保系统出现故障后，在一定时间内能够主动去释放锁，避免造成死锁的情况。

**3、性能**

对于访问量大的共享资源，需要考虑减少锁等待的时间，避免导致大量线程阻塞。

所以在锁的设计时，需要考虑两点。

1、 锁的颗粒度要尽量小

比如你要通过锁来减库存，那这个锁的名称你可以设置成是商品的ID,而不是任取名称。这样这个锁只对当前商品有效,锁的颗粒度小。

2、 锁的范围尽量要小 。比如只要锁2行代码就可以解决问题的，那就不要去锁10行代码了。

**4、重入**

我们知道ReentrantLock是可重入锁，那它的特点就是：同一个线程可以重复拿到同一个资源的锁。重入锁非常有利于资源的高效利用。关于这点之后会做演示。

针对以上Redisson都能很好的满足，下面就来分析下它。

## 二、Redisson原理分析 ##

为了更好的理解分布式锁的原理，我这边自己画张图通过这张图来分析。

![Redis分布式锁原理详解 - Redisson][Redis_ - Redisson]

**1、加锁机制**

线程去获取锁，获取成功: 执行lua脚本，保存数据到redis数据库。

线程去获取锁，获取失败: 一直通过while循环尝试获取锁，获取成功后，执行lua脚本，保存数据到redis数据库。

**2、watch dog自动延期机制**

这个比较难理解，找了些许资料感觉也并没有解释的很清楚。这里我自己的理解就是:

在一个分布式环境下，假如一个线程获得锁后，突然服务器宕机了，那么这个时候在一定时间后这个锁会自动释放，你也可以设置锁的有效时间(不设置默认30秒），这样的目的主要是防止死锁的发生。

但在实际开发中会有下面一种情况:

//设置锁1秒过去
        redissonLock.lock(redisson, 1);
        /** * 业务逻辑需要咨询2秒 */
        redissonLock.release(redisson);
    
      /** * 线程1 进来获得锁后，线程一切正常并没有宕机，但它的业务逻辑需要执行2秒，这就会有个问题，在 线程1 执行1秒后，这个锁就自动过期了， * 那么这个时候 线程2 进来了。那么就存在 线程1和线程2 同时在这段业务逻辑里执行代码，这当然是不合理的。 * 而且如果是这种情况，那么在解锁时系统会抛异常，因为解锁和加锁已经不是同一线程了，具体后面代码演示。 */

所以这个时候 看门狗 就出现了，它的作用就是 线程1 业务还没有执行完，时间就过了，线程1 还想持有锁的话，就会启动一个watch

dog后台线程，不断的延长锁key的生存时间。

注意 正常这个看门狗线程是不启动的，还有就是这个看门狗启动后对整体性能也会有一定影响，所以不建议开启看门狗。

**3、为啥要用lua脚本呢？**

这个不用多说，主要是如果你的业务逻辑复杂的话，通过封装在lua脚本中发送给redis，而且redis是单线程的，这样就保证这段复杂业务逻辑执行的原子性 。

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![Redis分布式锁原理详解 - Redisson][Redis_ - Redisson 1]

**4、可重入加锁机制**

Redisson可以实现可重入加锁机制的原因，我觉得跟两点有关：

Redis存储锁的数据类型是 Hash类型
    Hash数据类型的key值包含了当前线程信息。

下面是redis存储的数据  
![Redis分布式锁原理详解 - Redisson][Redis_ - Redisson 2]

这里表面数据类型是Hash类型,Hash类型相当于我们java的 <key,<key1,value>> 类型,这里key是指 ‘redisson’

它的有效期还有9秒，我们再来看里们的key1值为  
078e44a3-5f95-4e24-b6aa-80684655a15a:45 它的组成是:

guid + 当前线程的ID。后面的value是就和可重入加锁有关。

举图说明

![Redis分布式锁原理详解 - Redisson][Redis_ - Redisson 3]

上面这图的意思就是可重入锁的机制，它最大的优点就是相同线程不需要在等待锁，而是可以直接进行相应操作。

**5、Redis分布式锁的缺点**

Redis分布式锁会有个缺陷，就是在Redis哨兵模式下:

客户端1 对某个 master节点 写入了redisson锁，此时会异步复制给对应的 slave节点。但是这个过程中一旦发生

master节点宕机，主备切换，slave节点从变为了 master节点。

这时 客户端2 来尝试加锁的时候，在新的master节点上也能加锁，此时就会导致多个客户端对同一个分布式锁完成了加锁。

这时系统在业务语义上一定会出现问题， 导致各种脏数据的产生 。

缺陷 在哨兵模式或者主从模式下，如果 master实例宕机的时候，可能导致多个客户端同时完成加锁。

[Link 1]: https://www.bilibili.com/video/BV1Gy4y1t7pV/
[linux_CAS]: https://www.bilibili.com/video/BV1ig4y1i7Tb/
[c_c_ linux]: https://ke.qq.com/course/417774?flowToken=1013300
[Redis_ - Redisson]: /images/20221022/a9b55964df3c457bb0d73a0b41394625.png
[Redis_ - Redisson 1]: /images/20221022/ea2f96c58502417d8da8d43c2c3004ba.png
[Redis_ - Redisson 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210331163129144.png
[Redis_ - Redisson 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210331163144322.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5,size_16,color_FFFFFF,t_70