分布式锁简单实现

分布式锁

Redis分布式锁最简单的实现

想要实现分布式锁，必须要求 Redis 有「互斥」的能力，我们可以使用 SETNX 命令，这个命令表示SET if Not Exists，即如果 key 不存在，才会设置它的值，否则什么也不做。

两个客户端进程可以执行这个命令，达到互斥，就可以实现一个分布式锁。

客户端 1 申请加锁，加锁成功：

客户端 2 申请加锁，因为它后到达，加锁失败：

此时，加锁成功的客户端，就可以去操作「共享资源」，例如，修改 MySQL 的某一行数据，或者调用一个 API 请求。

操作完成后，还要及时释放锁，给后来者让出操作共享资源的机会。如何释放锁呢？

也很简单，直接使用 DEL 命令删除这个 key 即可，这个逻辑非常简单。

但是，它存在一个很大的问题，当客户端 1 拿到锁后，如果发生下面的场景，就会造成「死锁」：

1、程序处理业务逻辑异常，没及时释放锁

2、进程挂了，没机会释放锁

这时，这个客户端就会一直占用这个锁，而其它客户端就「永远」拿不到这把锁了。怎么解决这个问题呢？

如何避免死锁？

我们很容易想到的方案是，在申请锁时，给这把锁设置一个「租期」。

在 Redis 中实现时，就是给这个 key 设置一个「过期时间」。这里我们假设，操作共享资源的时间不会超过 10s，那么在加锁时，给这个 key 设置 10s 过期即可：

SETNX lock 1    // 加锁
EXPIRE lock 10  // 10s后自动过期

这样一来，无论客户端是否异常，这个锁都可以在 10s 后被「自动释放」，其它客户端依旧可以拿到锁。

但现在还是有问题：

现在的操作，加锁、设置过期是 2 条命令，有没有可能只执行了第一条，第二条却「来不及」执行的情况发生呢？例如：

• SETNX 执行成功，执行EXPIRE 时由于网络问题，执行失败
• SETNX 执行成功，Redis 异常宕机，EXPIRE 没有机会执行
• SETNX 执行成功，客户端异常崩溃，EXPIRE也没有机会执行

总之，这两条命令不能保证是原子操作（一起成功），就有潜在的风险导致过期时间设置失败，依旧发生「死锁」问题。

在 Redis 2.6.12 之后，Redis 扩展了 SET 命令的参数，用这一条命令就可以了：

SET lock 1 EX 10 NX

锁被别人释放怎么办？

上面的命令执行时，每个客户端在释放锁时，都是「无脑」操作，并没有检查这把锁是否还「归自己持有」，所以就会发生释放别人锁的风险，这样的解锁流程，很不「严谨」！如何解决这个问题呢？

解决办法是：客户端在加锁时，设置一个只有自己知道的「唯一标识」进去。

例如，可以是自己的线程 ID，也可以是一个 UUID（随机且唯一），这里我们以UUID 举例：

SET lock $uuid EX 20 NX

之后，在释放锁时，要先判断这把锁是否还归自己持有，伪代码可以这么写：

if redis.get("lock") == $uuid:redis.del("lock")

这里释放锁使用的是 GET + DEL 两条命令，这时，又会遇到我们前面讲的原子性问题了。这里可以使用lua脚本来解决。

安全释放锁的 Lua 脚本如下：

if redis.call("GET",KEYS[1]) == ARGV[1]
thenreturn redis.call("DEL",KEYS[1])
elsereturn 0
end

好了，这样一路优化，整个的加锁、解锁的流程就更「严谨」了。

这里我们先小结一下，基于 Redis 实现的分布式锁，一个严谨的的流程如下：

1、加锁

SET lock_key $unique_id EX $expire_time NX

2、操作共享资源

3、释放锁：Lua 脚本，先 GET 判断锁是否归属自己，再DEL 释放锁

Java代码实现分布式锁

package com.msb.redis.lock;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;import java.util.Arrays;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;/*** 分布式锁的实现*/
@Component
public class RedisDistLock implements Lock {private final static int LOCK_TIME = 5*1000;private final static String RS_DISTLOCK_NS = "tdln:";/*if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] thenreturn redis.call('del', KEYS[1])else return 0 end*/private final static String RELEASE_LOCK_LUA ="if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] then\n" +"        return redis.call('del', KEYS[1])\n" +"    else return 0 end";/*保存每个线程的独有的ID值*/private ThreadLocal<String> lockerId = new ThreadLocal<>();/*解决锁的重入*/private Thread ownerThread;private String lockName = "lock";@Autowiredprivate JedisPool jedisPool;public String getLockName() {return lockName;}public void setLockName(String lockName) {this.lockName = lockName;}public Thread getOwnerThread() {return ownerThread;}public void setOwnerThread(Thread ownerThread) {this.ownerThread = ownerThread;}@Overridepublic void lock() {while(!tryLock()){try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}@Overridepublic void lockInterruptibly() throws InterruptedException {throw new UnsupportedOperationException("不支持可中断获取锁！");}@Overridepublic boolean tryLock() {Thread t = Thread.currentThread();if(ownerThread==t){/*说明本线程持有锁*/return true;}else if(ownerThread!=null){/*本进程里有其他线程持有分布式锁*/return false;}Jedis jedis = null;try {String id = UUID.randomUUID().toString();SetParams params = new SetParams();params.px(LOCK_TIME);params.nx();synchronized (this){/*线程们，本地抢锁*/if((ownerThread==null)&&"OK".equals(jedis.set(RS_DISTLOCK_NS+lockName,id,params))){lockerId.set(id);setOwnerThread(t);return true;}else{return false;}}} catch (Exception e) {throw new RuntimeException("分布式锁尝试加锁失败！");} finally {jedis.close();}}@Overridepublic boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {throw new UnsupportedOperationException("不支持等待尝试获取锁！");}@Overridepublic void unlock() {if(ownerThread!=Thread.currentThread()) {throw new RuntimeException("试图释放无所有权的锁！");}Jedis jedis = null;try {jedis = jedisPool.getResource();Long result = (Long)jedis.eval(RELEASE_LOCK_LUA,Arrays.asList(RS_DISTLOCK_NS+lockName),Arrays.asList(lockerId.get()));if(result.longValue()!=0L){System.out.println("Redis上的锁已释放！");}else{System.out.println("Redis上的锁释放失败！");}} catch (Exception e) {throw new RuntimeException("释放锁失败！",e);} finally {if(jedis!=null) jedis.close();lockerId.remove();setOwnerThread(null);System.out.println("本地锁所有权已释放！");}}@Overridepublic Condition newCondition() {throw new UnsupportedOperationException("不支持等待通知操作！");}}