对Redis锁延期的一些讨论与思考

上一篇文章提到使用针对不同的业务场景如何合理使用Redis分布式锁，并引入了一个新的问题

若定义锁的过期时间是10s，此时A线程获取了锁然后执行业务代码，但是业务代码消耗时间花费了15s。这就会导致A线程还没有执行完业务代码，A线程却释放了锁（因为10s到了），第11s B线程发现锁已经释放，重新获取锁也开始执行业务代码。
此时多个线程同时执行业务代码，我们使用锁就是为了保证仅有一个线程执行这一块业务代码，说明这个锁是失效的！

本文将尝试探讨如何处理这个问题！

下面这个图解释了重置超时时间是什么意思，写一个定时任务，并单独使用一个线程每3s去检查一下是否到终点（任务是否执行完毕），第3s时发现没到终点，重置时间。 假设任务执行完毕需要花费11s。那么锁一共会延期3次，第11s之后，锁被手动释放，如果没释放。等到第19s时，会被自动释放。

如何实现锁的延期

伪代码：定义锁的结构
key：uuid
value：订单服务if key（锁的唯一标识）是否存在存在，if 锁是否被修改未修改，重置超时时间

这部分有一点需要解释：

1. 为什么判断锁是否被修改？
   A线程获取了锁之后，B线程修改锁的value为 “文件下载服务”，不加一层校验，A线程就会对修改后的锁操作，而不是原始的锁。

此时你会直接写一个定时任务去实现，会有什么问题吗？
锁延期分为2步（第一步：判断锁；第二步：重置锁），这2步之间是存在间隙的，完全可以在判断锁后，重置锁前发生一些事情（例如恰巧在重置时间前锁被其他线程修改了）。如何才能避免这个间隙不发生意外？

使用lua脚本：使用lua语法实现锁的延期，然后执行这个脚本。lua语法将这两个步骤绑定成一个操作。这也就是为什么提到锁延期的实现，基本都是采用lua实现的根本原因。redis分布式锁自身是有局限性的，不能满足我们的需求，所以我们提出了锁延期。

巧在Redis很支持lua语法，我们只需要按照lua语法要求写好命令，调用Redis提供的方法入口传进去，Redis会自动解析这些命令。更巧在lua语法实现锁延期解决了上面的隐患。。。

        /*** 锁续期*/if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 1) then // 锁还存在if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");// 重置超时时间return 1endendreturn 0

接下来完整的看一下如何使用Redis锁延期

/*** redis分布式锁* 为了文件拉取加的，可能存在拉取任务耗时很久的情况，增加锁延时操作* @author lixinyu*/
public class RedisDistributeLock {private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(RedisDistributeLock.class);// 默认30秒后自动释放锁private static long defaultExpireTime = 10 * 60 * 1000; // 默认10分钟// 用于锁延时任务的执行private static ScheduledThreadPoolExecutor renewExpirationExecutor;// 加锁和解锁的lua脚本 重入和不可重入两种private static String lockScript;private static String unlockScript;private static String renewScript;// 锁延时脚本private static String lockScript_reentrant;private static String unlockScript_reentrant;private static String renewScript_reentrant;// 锁延时脚本static {/*** 如果指定的锁键(KEYS[1])不存在，则通过set命令设置锁的值(ARGV[1])和超时时间(ARGV[2])。* 如果锁键已存在，则通过pttl命令返回锁的剩余超时时间。*/StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.setLength(0);sb.append(" if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then ");// 如果不存在这个lockKey锁sb.append("     redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1]) ");// 设置锁 ，key-value结构sb.append("     redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");// 设置锁超时时间sb.append("     return nil ");sb.append(" end ");sb.append(" return redis.call('pttl', KEYS[1]) ");// 如果别的线程已经加锁，返回剩余时间lockScript = sb.toString();/*** 如果锁存在，则删除锁*/sb.setLength(0);sb.append(" if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then ");sb.append("      return redis.call('del', KEYS[1]) ");sb.append(" else return 0 ");sb.append(" end");unlockScript = sb.toString();/*** 可重入锁主要解决的是同一个线程能够多次获取锁的问题，而不是防止多个线程同时获取锁* 这通常发生在方法递归调用、嵌套调用或者同一个方法内部多次执行加锁操作的情况下*/sb.setLength(0);sb.append(" if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then ");// 如果不存在这个lockKey锁sb.append("     redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[1], 1) ");// 设置锁 ，hash结构，hashkey为当前线程id，加锁数为1sb.append("     redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");// 设置锁超时时间sb.append("     return nil ");sb.append(" end ");sb.append(" if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1) then ");// 如果当前线程已经加锁sb.append("     redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], 1) ");// 可重入，增加锁计数sb.append("     redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");// 重设置锁超时时间sb.append("     return nil ");sb.append(" end ");sb.append(" return redis.call('pttl', KEYS[1]) ");// 如果别的线程已经加锁，返回剩余时间lockScript_reentrant = sb.toString();/*** 释放锁，通过判断锁的存在、当前线程是否是加锁的线程、以及锁的计数器等条件来实现解锁的操作*/sb.setLength(0);sb.append(" if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then ");// 不存在锁，返回1表示解锁成功sb.append("     return 1 ");sb.append(" end ");sb.append(" if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0) then ");// 存在锁，不是本人加的，返回0失败sb.append("     return 0 ");sb.append(" end ");sb.append(" local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1) ");// 存在自己加的锁，锁计数减一sb.append(" if (counter > 0) then ");// 判断是否要删除锁，或重置超时时间sb.append("     redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");sb.append("     return 0 ");sb.append(" else ");sb.append("     redis.call('del', KEYS[1]) ");sb.append("     return 1 ");sb.append(" end ");sb.append(" return nil ");unlockScript_reentrant = sb.toString();/*** 锁续期*/sb.setLength(0);sb.append(" if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 1) then ");// 锁还存在sb.append("     if (redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then ");sb.append("        redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");// 重置超时时间sb.append("        return 1");sb.append("     end ");sb.append(" end ");sb.append(" return 0 ");renewScript = sb.toString();/*** 可重入锁续期*/sb.setLength(0);sb.append(" if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1) then ");// 锁还存在sb.append("     redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]) ");// 重置超时时间sb.append("     return 1 ");sb.append(" end ");sb.append(" return 0 ");renewScript_reentrant = sb.toString();renewExpirationExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(2);}private String uuid;// 当前锁对象标识private boolean reentrant;// 当前锁是可重入还是不可重入private RedisUtils redisUtils;public RedisDistributeLock(boolean reentrant) {this.uuid = UUIDUtils.randomUUID8();this.reentrant = reentrant;this.redisUtils = SpringApplicationUtils.getBean(RedisUtils.class);}/*** 尝试对lockKey加锁* @author: lixinyu 2023/4/25**/public boolean tryLock(String lockKey) {String script = lockScript;if (reentrant) {script = lockScript_reentrant;}Object result = redisUtils.evalScript(script, ReturnType.INTEGER, 1, lockKey, uuid, String.valueOf(defaultExpireTime));boolean isSuccess = result == null;if (isSuccess) {// 若成功，增加延时任务scheduleExpirationRenew(lockKey, uuid, reentrant);}return isSuccess;}/*** 解锁* @author: lixinyu 2023/4/25**/public void unlock(String lockKey){if (reentrant) {redisUtils.evalScript(unlockScript_reentrant, ReturnType.INTEGER, 1, lockKey, uuid, String.valueOf(defaultExpireTime));} else {redisUtils.evalScript(unlockScript, ReturnType.INTEGER, 1, lockKey, uuid);}}/*** 锁延时，定时任务队列，定时判断一次是否续期*/private void scheduleExpirationRenew(String lockKey, String lockValue, boolean reentrant) {Runnable renewTask = new Runnable(){@Overridepublic void run() {try {String script = renewScript;if (reentrant) {script = renewScript_reentrant;}// 将lua语法传给redis解析Object result = evalScript(script, ReturnType.INTEGER, 1, lockKey, lockValue, String.valueOf(defaultExpireTime));if (result != null && !result.equals(false) && result.equals(Long.valueOf(1))) {// 延时成功，再定时执行scheduleExpirationRenew(lockKey, lockValue, reentrant);log.info("redis锁【" + lockKey + "】延时成功！");}} catch (Exception e) {log.error("scheduleExpirationRenew run异常", e);}}};renewExpirationExecutor.schedule(renewTask, defaultExpireTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS);}
}

 /***  将lua语法传给redis*/ public Object evalScript(String script, ReturnType returnType, int numKeys,String... keysAndArgs){Object value = false;try{value = redisTemplate.execute((RedisCallback<Object>)conn -> {try{byte[][] keysAndArgsByte = new byte[keysAndArgs.length][];for (int i = 0; i < keysAndArgs.length; i++ ){keysAndArgsByte[i] = redisTemplate.getStringSerializer().serialize(keysAndArgs[i]);}return conn.eval(redisTemplate.getStringSerializer().serialize(script), returnType, numKeys,keysAndArgsByte);}catch (SerializationException e){log.error("异常", e);return false;}});}catch (Exception e){log.error("异常", e);}return value;}

使用锁

 private void demo() {RedisDistributeLock lock = new RedisDistributeLock(false);String lockKey = redisSeqPrefix + "lock:" + seqName;try {if (lock.tryLock(lockKey)) {String redisValue = redisUtils.get(redisSeqPrefix + seqName);// 加锁之后再次判断是否超出规定长度，防止并发时重置多次if (redisValue != null && redisValue.length() > seqLength) {redisUtils.set(redisSeqPrefix + seqName, "1");}}} catch (Exception e) {logger.error("resetSeqValue异常", e);} finally {lock.unlock(lockKey);}}

不仅仅是锁延期需要两步（判断锁是否存在、重置时间），删除锁也需要两步（判断锁是否存在、删除锁）这也需要保证原子性，所以建议使用lua脚本实现。

你干脆想到：要不然我获取锁、解锁、获取可重入锁、解可重入锁，锁延期等等都写成lua脚本吧，但是工作量好像就变多了。

Redisson 提供了高级的分布式对象和服务，使用起来非常简单，不需要手动编写复杂的 Lua 脚本。只需要引入Redisson 的依赖库
Redisson 提供了许多高级功能，如分布式集合、分布式锁、分布式队列等。这些功能是为了解决常见的分布式应用场景而设计的，使用 Redisson 可以更轻松地集成这些功能

如果你只是一些简单的功能，可以自定义lua脚本实现，毕竟引入新的依赖库，就需要维护这个库，看怎么考虑了。