Redisson原理--红锁/Redlock

怼烎@ 2023-01-12 01:58 439阅读 0赞

原文网址：[Redisson原理--红锁/Redlock\_IT利刃出鞘的博客-CSDN博客][Redisson_--_Redlock_IT_-CSDN]

# 简介 #

**说明**

本文介绍为什么要使用Redisson的红锁（Redlock）、什么是Redisson的红锁以及Redisson红锁的原理。

**官网**

[REDIS distlock -- Redis中国用户组（CRUG）][REDIS distlock -- Redis_CRUG]

# 为什么使用Redisson的红锁 #

## **主从结构分布式锁的问题** ##

实现Redis分布式锁的最简单的方法就是在Redis中创建一个key，这个key有一个失效时间（TTL)，以保证锁最终会被自动释放掉。当客户端释放资源(解锁）的时候，会删除掉这个key。

从表面上看，似乎效果还不错，但是这里有一个问题：这个架构中存在一个严重的单点失败问题。如果Redis挂了怎么办？你可能会说，可以通过增加一个slave节点解决这个问题。但这通常是行不通的。这样做，我们不能实现资源的独享，因为Redis的主从同步通常是异步的。

在这种场景（主从结构）中存在明显的竞态:

1.  客户端A从master获取到锁
2.  在master将锁同步到slave之前，master宕掉了。
3.  slave节点被晋级为master节点
4.  客户端B取得了同一个资源被客户端A已经获取到的另外一个锁。安全失效！

有时候程序就是这么巧，比如说正好一个节点挂掉的时候，多个客户端同时取到了锁。如果你可以接受这种小概率错误，那用这个基于复制的方案就完全没有问题。否则的话，我们建议你实现下面描述的解决方案。

## **解决方案：使用红锁** ##

**简介**

Redis中针对此种情况，引入了[红锁][Link 1]的概念。红锁采用主节点过半机制，即获取锁或者释放锁成功的标志为：在过半的节点上操作成功。

**原理**

在Redis的分布式环境中，我们假设有N个Redis master。这些节点完全互相独立，不存在主从复制或者其他集群协调机制。之前我们已经描述了在Redis单实例下怎么安全地获取和释放锁。我们确保将在每（N)个实例上使用此方法获取和释放锁。在这个样例中，我们假设有5个Redis master节点，这是一个比较合理的设置，所以我们需要在5台机器上面或者5台虚拟机上面运行这些实例，这样保证他们不会同时都宕掉。

为了取到锁，客户端应该执行以下操作：

1.  获取当前Unix时间，以毫秒为单位。
2.  依次尝试从N个实例，使用相同的key和随机值获取锁。
    
    1.  向Redis设置锁时，客户端应该设置一个网络连接和响应超时时间，这个超时时间应该小于锁的失效时间。例如你的锁自动失效时间为10秒，则超时时间应该在5-50毫秒之间。这样可以避免服务器端Redis已经挂掉的情况下，客户端还在死死地等待响应结果。如果服务器端没有在规定时间内响应，客户端应该尽快尝试另外一个Redis实例。
3.  客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（步骤1记录的时间）就得到获取锁使用的时间。当且仅当从大多数（这里是3个节点）的Redis节点都取到锁，并且使用的时间小于锁失效时间时，锁才算获取成功。
4.  如果取到了锁，key的真正有效时间等于有效时间减去获取锁所使用的时间（步骤3计算的结果）。
5.  如果因为某些原因，获取锁失败（没有在至少N/2+1个Redis实例取到锁或者取锁时间已经超过了有效时间），客户端应该在所有的Redis实例上进行解锁（即便某些Redis实例根本就没有加锁成功）。

# 实例 #

**其他网址**

[官方github：8. 分布式锁和同步器 · redisson/redisson Wik][github_8. _ _ redisson_redisson Wik]

基于Redis的Redisson红锁RedissonRedLock对象实现了[Redlock][REDIS distlock -- Redis_CRUG]介绍的加锁算法。该对象也可以用来将多个RLock对象关联为一个红锁，每个RLock对象实例可以来自于不同的Redisson实例。

RLock lock1 = redissonInstance1.getLock("lock1");
    RLock lock2 = redissonInstance2.getLock("lock2");
    RLock lock3 = redissonInstance3.getLock("lock3");
    
    RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
    // 同时加锁：lock1 lock2 lock3
    // 红锁在大部分节点上加锁成功就算成功。
    lock.lock();
    ...
    lock.unlock();

大家都知道，如果负责储存某些分布式锁的某些Redis节点宕机以后，而且这些锁正好处于锁住的状态时，这些锁会出现锁死的状态。为了避免这种情况的发生，Redisson内部提供了一个监控锁的看门狗，它的作用是在Redisson实例被关闭前，不断的延长锁的有效期。默认情况下，看门狗的检查锁的超时时间是30秒钟，也可以通过修改[Config.lockWatchdogTimeout][]来另行指定。

另外Redisson还通过加锁的方法提供了leaseTime的参数来指定加锁的时间。超过这个时间后锁便自动解开了。

RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
    // 给lock1，lock2，lock3加锁，如果没有手动解开的话，10秒钟后将会自动解开
    lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);
    
    // 为加锁等待100秒时间，并在加锁成功10秒钟后自动解开
    boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
    ...
    lock.unlock();

# 原理 #

RedissonRedLock extends RedissonMultiLock，所以实际上，redLock.tryLock实际调用：org.redisson.RedissonMultiLock.java\#tryLock()，进而调用到其同类的tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) ，入参为：tryLock(-1, -1, null)

org.redisson.RedissonMultiLock.java\#tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit)源码如下：

final List<RLock> locks = new ArrayList<>();
    
    /**
     * Creates instance with multiple {@link RLock} objects.
     * Each RLock object could be created by own Redisson instance.
     *
     * @param locks - array of locks
     */
    public RedissonMultiLock(RLock... locks) {
    	if (locks.length == 0) {
    		throw new IllegalArgumentException("Lock objects are not defined");
    	}
    	this.locks.addAll(Arrays.asList(locks));
    }
    
    public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long newLeaseTime = -1;
        if (leaseTime != -1) {
            newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime)*2;
        }
        
        long time = System.currentTimeMillis();
        long remainTime = -1;
        if (waitTime != -1) {
            remainTime = unit.toMillis(waitTime);
        }
        long lockWaitTime = calcLockWaitTime(remainTime);
        /**
         * 1. 允许加锁失败节点个数限制（N-(N/2+1)）
         */
        int failedLocksLimit = failedLocksLimit();
        /**
         * 2. 遍历所有节点通过EVAL命令执行lua加锁
         */
        List<RLock> acquiredLocks = new ArrayList<>(locks.size());
        for (ListIterator<RLock> iterator = locks.listIterator(); iterator.hasNext();) {
            RLock lock = iterator.next();
            boolean lockAcquired;
            /**
             *  3.对节点尝试加锁
             */
            try {
                if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
                    lockAcquired = lock.tryLock();
                } else {
                    long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime);
                    lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            } catch (RedisResponseTimeoutException e) {
                // 如果抛出这类异常，为了防止加锁成功，但是响应失败，需要解锁所有节点
                unlockInner(Arrays.asList(lock));
                lockAcquired = false;
            } catch (Exception e) {
                // 抛出异常表示获取锁失败
                lockAcquired = false;
            }
            
            if (lockAcquired) {
                /**
                 *4. 如果获取到锁则添加到已获取锁集合中
                 */
                acquiredLocks.add(lock);
            } else {
                /**
                 * 5. 计算已经申请锁失败的节点是否已经到达 允许加锁失败节点个数限制 （N-(N/2+1)）
                 * 如果已经到达， 就认定最终申请锁失败，则没有必要继续从后面的节点申请了
                 * 因为 Redlock 算法要求至少N/2+1 个节点都加锁成功，才算最终的锁申请成功
                 */
                if (locks.size() - acquiredLocks.size() == failedLocksLimit()) {
                    break;
                }
    
                if (failedLocksLimit == 0) {
                    unlockInner(acquiredLocks);
                    if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
                        return false;
                    }
                    failedLocksLimit = failedLocksLimit();
                    acquiredLocks.clear();
                    // reset iterator
                    while (iterator.hasPrevious()) {
                        iterator.previous();
                    }
                } else {
                    failedLocksLimit--;
                }
            }
    
            /**
             * 6.计算 目前从各个节点获取锁已经消耗的总时间，如果已经等于最大等待时间，则认定最终申请锁失败，返回false
             */
            if (remainTime != -1) {
                remainTime -= System.currentTimeMillis() - time;
                time = System.currentTimeMillis();
                if (remainTime <= 0) {
                    unlockInner(acquiredLocks);
                    return false;
                }
            }
        }
    
        if (leaseTime != -1) {
            List<RFuture<Boolean>> futures = new ArrayList<>(acquiredLocks.size());
            for (RLock rLock : acquiredLocks) {
                RFuture<Boolean> future = ((RedissonLock) rLock).expireAsync(unit.toMillis(leaseTime), TimeUnit.MILLISECONDS);
                futures.add(future);
            }
            
            for (RFuture<Boolean> rFuture : futures) {
                rFuture.syncUninterruptibly();
            }
        }
    
        /**
         * 7.如果逻辑正常执行完则认为最终申请锁成功，返回true
         */
        return true;
    }

# **其他网址** #

[Redis分布式锁之红锁\_姜秀丽的博客-CSDN博客\_redis 红锁][Redis_-CSDN_redis]

[Redisson_--_Redlock_IT_-CSDN]: https://knife.blog.csdn.net/article/details/113258494
[REDIS distlock -- Redis_CRUG]: http://redis.cn/topics/distlock.html
[Link 1]: https://redis.io/topics/distlock
[github_8. _ _ redisson_redisson Wik]: https://github.com/redisson/redisson/wiki/8.-%E5%88%86%E5%B8%83%E5%BC%8F%E9%94%81%E5%92%8C%E5%90%8C%E6%AD%A5%E5%99%A8#84-%E7%BA%A2%E9%94%81redlock
[Config.lockWatchdogTimeout]: https://github.com/redisson/redisson/wiki/2.-%E9%85%8D%E7%BD%AE%E6%96%B9%E6%B3%95#lockwatchdogtimeout%E7%9B%91%E6%8E%A7%E9%94%81%E7%9A%84%E7%9C%8B%E9%97%A8%E7%8B%97%E8%B6%85%E6%97%B6%E5%8D%95%E4%BD%8D%E6%AF%AB%E7%A7%92
[Redis_-CSDN_redis]: https://blog.csdn.net/jiangxiulilinux/article/details/107015292