Redis怎样实现分布式锁？

分手后的思念是犯贱 2023-09-26 16:03 84阅读 0赞

### 前言 ###

我们知道，在Java单进程中，多线程的环境下，如果我们要操作一个共享变量，需要使用synchronized或者是JUC同步工具类才能保证线程安全。那么，多进程环境下，我们要怎样保证线程安全？

### 为什么需要分布式锁？ ###

我们知道，synchronized或者是JUC同步工具类只能在同一进程中保证线程安全，他们的影响范围没办法超出本Java进程。但是随着分布式成为主流，多进程共享数据的情况越来越常见。

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如上图，两个进程同时对存储在MySQL、Redis或者是zookeeper中的共享数据进行读写，即有可能出现线程安全问题，这种情况下，我们就需要一个可以在分布式环境下也可以使用的锁，来保证线程安全，这即是分布式锁。

### 分布式锁可以使用什么组件实现？ ###

因为要在分布式环境下生效，因此实现分布式锁使用的组件也必须是每个进程都可以连接到的，目前比较常见的是使用Redis和Zookeeper来实现。

### Redis分布式锁实现逻辑 ###

Redis中，我们使用String数据结构来实现分布式锁。

#### 加锁 ####

Redis中，set的语法如下：  
**SET key value \[EX seconds\] \[PX milliseconds\] \[NX|XX\]**

*  `EX second` ：设置键的过期时间为 `second` 秒。 `SET key value EX second` 效果等同于 `SETEX key second value` 。
 *  `PX millisecond` ：设置键的过期时间为 `millisecond` 毫秒。 `SET key value PX millisecond` 效果等同于 `PSETEX key millisecond value` 。
 *  `NX` ：只在键不存在时，才对键进行设置操作。 `SET key value NX` 效果等同于 `SETNX key value` 。
 *  `XX` ：只在键已经存在时，才对键进行设置操作。

上述参数中，我们可以将`key`作为锁标识，然后设置`NX`参数。如果`key`写入成功，表示当前Redis中不存在这个`key`，可以加锁；如果`key`写入失败，表示当前Redis中已存在这个`key`，已经有其它线程获取到锁了。命令如下：

> **SET lockKey requestId NX**  
> `lockKey`为锁标识，最好带上使用共享变量唯一标识，可以使用订单编号、用户编号等。 `requestId`为本次锁请求编号，释放锁时使用。

上述命令中，可以实现加锁，但是如果在加锁后，应用挂了，或者出现了其它问题，导致没有及时解锁，就有可能出现死锁，因此，需要再给加上一个过期时间，让锁可以自动消失。命令如下：

> **SET lockKey requestId EX seconds NX**

#### 释放锁 ####

释放锁的时候，我们不能直接使用`del`命令去删除Redis键值，否则会出现A获取的锁，B也可以释放的情况。因此，我们在释放锁的时候，需要判断当前锁的请求ID是否是加锁时是否一致，如果一致，才能释放锁。  
由于没有现成的命令可以实现上述的释放锁的逻辑，所以我们需要使用Redis的`script`来实现，`script`脚本如下：

> **if redis.call('get', KEYS\[1\]) == ARGV\[1\] then return redis.call('del', KEYS\[1\]) else return 0 end**  
> `KEYS[1]`为锁标识，即加锁时的`lockKey`  
> `ARGV[1]`为锁请求编号，即加锁时的`requestId`

### Redis分布式锁代码 ###

public class RedisDistributedLock implements Lock {
    
        // 锁键值
        private String              lockKey;
        // 锁请求编号
        private String              requestId;
        // redis集群客户端
        private JedisCluster        jedisCluster;
    
        public RedisDistributedLock(String lockKey, JedisCluster jedisCluster){
            this.lockKey = lockKey;
            // 使用UUID作为锁唯一标识
            requestId = UUID.randomUUID().toString();
            this.jedisCluster = jedisCluster;
        }
        
        /**
         * 尝试获取锁
         */
        @Override
        public boolean tryLock() {
            // 获取锁
            String result = jedisCluster.set(lockKey, requestId, "NX", "EX", 2);
            return StringUtils.isNotBlank(result) && LOCK_SUCCESS.equals(result);
        }
        
        /**
         * 释放锁
         */
        @Override
        public void unlock() {
            // 若redis中存在lockKey，则删除lockKey，否则返回0
            String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
            Object result = jedisCluster.eval(script, Collections.singletonList(lockKey),
                                              Collections.singletonList(requestId));
            // 成功
            if (result != null && "OK".equals(result.toString())) {
                logger.debug("释放锁成功,lockKey:{}, requestId:{}", lockKey, requestId);
            } else {// 失败
                logger.debug("释放锁失败,lockKey:{}, requestId:{}", lockKey, requestId);
            }
        }
    }

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