一篇文章了解Redis分布式锁

Redis分布式锁

什么是分布式锁？

​ redis分布式锁是一种基于redis实现的锁机制，它用于在多并发分布式环境下控制并发访问共享资源。在多个应用程序或是进程访问共享资源时，分布式锁可以确保只有一个进程可以访问该资源，不会发生数据的不一致和竞争条件的发生。

为什么需要分布式锁？

​ 在多线程环境下，如果多个线程同时访问共享资源，如外卖订单，商品库存，这时就会发生数据竞争导致脏数据或者商品超卖的问题。

举个例子，假设现在有 100 个用户参与某个限时秒杀活动，每位用户限购 1 件商品，且商品的数量只有 3 个。如果不对共享资源进行互斥访问，就可能出现以下情况：

• 线程 1、2、3 等多个线程同时进入抢购方法，每一个线程对应一个用户。
• 线程 1 查询用户已经抢购的数量，发现当前用户尚未抢购且商品库存还有 1 个，因此认为可以继续执行抢购流程。
• 线程 2 也执行查询用户已经抢购的数量，发现当前用户尚未抢购且商品库存还有 1 个，因此认为可以继续执行抢购流程。
• 线程 1 继续执行，将库存数量减少 1 个，然后返回成功。
• 线程 2 继续执行，将库存数量减少 1 个，然后返回成功。
• 此时就发生了超卖问题，导致商品被多卖了一份。

为了保证共享资源被安全地访问，我们需要使用互斥操作对共享资源进行保护，即同一时刻只允许一个线程访问共享资源，其他线程需要等待当前线程释放后才能访问。这样可以避免数据竞争和脏数据问题，保证程序的正确性和稳定性。

如何才能实现共享资源的互斥访问呢？ 锁是一个比较通用的解决方案，更准确点来说是悲观锁。

悲观锁总是假设最坏的情况，认为共享资源每次被访问的时候就会出现问题(比如共享数据被修改)，所以每次在获取资源操作的时候都会上锁，这样其他线程想拿到这个资源就会阻塞直到锁被上一个持有者释放。也就是说，共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程。

对于单机多线程来说，在 Java 中，我们通常使用 ReetrantLock 类、synchronized 关键字这类 JDK 自带的 本地锁 来控制一个 JVM 进程内的多个线程对本地共享资源的访问。

从图中可以看出，这些线程访问共享资源是互斥的，同一时刻只有一个线程可以获取到本地锁访问共享资源。

分布式系统下，不同的服务/客户端通常运行在独立的 JVM 进程上。如果多个 JVM 进程共享同一份资源的话，使用本地锁就没办法实现资源的互斥访问了。于是，分布式锁 就诞生了。

下图是在分布式系统中添加本地锁的情况。

​ 这时因为sychornized锁是基于JVM实现的，但是每台服务器都有自己的JVM所以此时sychornized无法对多个线程进行控制。

下图是采用了分布式锁。

​ 我在看这部分时，看到有人在弹幕中提到分布式锁就是让多个jvm虚拟机去争抢同一把锁。我觉得这样想的话分布式锁就很好理解了。

分布式锁应该具备哪些条件？

一个最基本的分布式锁需要满足：

• 互斥：任意一个时刻，锁只能被一个线程持有。
• 高可用：锁服务是高可用的，当一个锁服务出现问题，能够自动切换到另外一个锁服务。并且，即使客户端的释放锁的代码逻辑出现问题，锁最终一定还是会被释放，不会影响其他线程对共享资源的访问。这一般是通过超时机制实现的。
• 可重入：一个节点获取了锁之后，还可以再次获取锁。

除了上面这三个基本条件之外，一个好的分布式锁还需要满足下面这些条件：

• 高性能：获取和释放锁的操作应该快速完成，并且不应该对整个系统的性能造成过大影响。
• 非阻塞：如果获取不到锁，不能无限期等待，避免对系统正常运行造成影响。

分布式锁的实现

redis实现分布式锁主要是利用了Redis的setnx命令。setnx是SET IF NOT EXISTS(如果不存在就创建)。

• 获取锁

  #添加锁  NX是互斥  EX是设置超时时间
  SET lock value NX EX 10
  

• 释放锁

  DEL lock
  

Redis实现分布式锁如何控制有效时长

1，根据业务执行时间进行预估（一般不采用，不准确）。

2，给锁设置过期时间，并在业务超出过期时间后进行续期。

如何进行续期？

Redisson是一个开源的java语言Redis客户端，提供了许多开箱即用的功能。

Redisson中提供了一个watch dog （看门狗）机制，如果操作共享数据的线程在过期时间内并未完成业务，Watch Dog就会不断的延长锁的获取时间。进而保证锁不会因为超时而被释放。

​ 在一般的锁操作中我们一般设置当一个锁被一个线程获取后，若有另一个线程想要获取锁就会中断这个线程让他无法获取这个锁。但是在redisson中提供了一个等待机制也就是上图中的while循环，在锁被获取后，另一个线程不断循环尝试获取锁，这样就使得如果线程1在很短的时间内就完成了业务，线程2在此时循环获取到锁就能立刻执行业务，减少了等待时间，提高了执行业务的效率。

Redisson实现分布式锁是可重入的吗？

​ Redisson实现分布式锁是可重入的，所谓可重入锁指的是在一个线程中可以多次获取同一把锁，比如一个线程在执行一个带锁的方法，该方法中又调用了另一个需要相同锁的方法，则该线程可以直接执行调用的方法即可重入 ，而无需重新获得锁。像 Java 中的 synchronized``ReentrantLock。

​ redisson分布式锁可重入的原理就是，其内部维护了一个hash结构。

public void add1(){
RLock lock = redissonClient.getLock(“heimalock"); 
boolean isLock = lock.tryLock();
//执行业务
add2(); 
//释放锁
lock.unlock();
}
public void add2(){
RLock lock = redissonClient.getLock(“heimalock");
boolean isLock = lock.tryLock();
//执行业务
//释放锁
lock.unlock();
}

总结

• Redis分布式锁时如何实现的？

  在Redis中，可以使用SET命令结合NX（SET IF NOT EXISTS）选项来实现分布式锁。以下是基本的实现步骤：

  1. 获取锁：当一个进程需要获取锁时，它会向Redis发送一个SET命令，设置一个特定的键作为锁的标识，并设置过期时间。关键参数如下：

     • 锁的键名：通常是一个唯一的标识符，用于标识该锁。
     • 锁的值：可以是一个随机生成的唯一值，用于区分不同的进程。
     • 过期时间：确保即使锁没有显式释放，也会在一定时间后自动过期，避免死锁的发生。

     例如，使用以下命令获取锁：

     #添加锁  NX是互斥  EX是设置超时时间
     SET lock value NX EX 10
     

     如果该键不存在，即锁尚未被其他进程占用，则成功获取锁并返回OK；如果该键已存在，表示锁已被其他进程占用，获取锁失败，返回nil。

  2. 释放锁：当进程完成对共享资源的操作后，需要释放锁以允许其他进程获取锁。释放锁的过程包括以下两个步骤：

     • 删除锁：进程通过执行DEL命令来删除锁的键，释放锁资源

     DEL lock
     

• 如何用Redis实现锁的有效时长？

  使用了Redis中的Redisson框架，redisson需要手动加锁，可以设置锁的失效时间和等待时间，当一个业务超出了锁的过期时间时，在redisson中引入了一个Watch Dog看门狗机制，它会每隔一段时间就会检查该业务是否还持有锁，若是仍然持有锁那就增加持有锁的时间，当业务完成后释放锁。

  在一般的锁操作中我们一般设置当一个锁被一个线程获取后，若有另一个线程想要获取锁就会中断这个线程让他无法获取这个锁。但是在redisson中提供了一个等待机，在锁被获取后，另一个线程不断循环尝试获取锁，这样就使得如果线程1在很短的时间内就完成了业务，线程2在此时循环获取到锁就能立刻执行业务，减少了等待时间，提高了执行业务的效率。

• Redisson实现的可重入锁是否为可重入锁？

  是可重入的，redisson分布式锁可重入的原理就是，其内部维护了一个hash结构。判断是否为当前线程持有的锁，如果是就对当前线程持有的锁进行计数，如果释放锁就对hash结构中的value减一。

本文章中图片多是黑马ppt中的图片，在此借用。Redis篇-10-redis分布式锁-实现原理（setnx、redisson）_哔哩哔哩_bilibili