【面试题】Redis中是如何实现分布式锁的
分布式锁常见的三种实现方式:
- 数据库乐观锁;
- 基于
Redis
的分布式锁; - 基于
ZooKeeper
的分布式锁。
Redis的分布式锁
Redis
要实现分布式锁,以下条件应该得到满足
- 互斥性:在任意时刻,只有一个客户端能持有锁。
- 不能死锁:客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁,也能保证后续其他客户端能加锁。
- 容错性:只要大部分的
Redis
节点正常运行,客户端就可以加锁和解锁。
实现
可以直接通过 set key value px milliseconds nx
命令实现加锁, 通过Lua脚本实现解锁。
//获取锁(unique_value可以是UUID等)
SET resource_name unique_value NX PX 30000//释放锁(lua脚本中,一定要比较value,防止误解锁)
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call("del",KEYS[1])
elsereturn 0
end
代码解释
set
命令要用set key value px milliseconds nx
,替代setnx + expire
需要分两次执行命令的方式,保证了原子性value
要具有唯一性,可以使用UUID.randomUUID().toString()
方法生成,用来标识这把锁是属于哪个请求加的,在解锁的时候就可以有依据;- 释放锁时要验证
value
值,防止误解锁; - 通过
Lua
脚本来避免Check And Set
模型的并发问题,因为在释放锁的时候因为涉及到多个Redis
操作 (利用了eval
命令执行Lua
脚本的原子性);
加锁代码分析
首先,set()
加入了NX参数,可以保证如果已有key
存在,则函数不会调用成功,也就是只有一个客户端能持有锁,满足互斥性。其次,由于我们对锁设置了过期时间,即使锁的持有者后续发生崩溃而没有解锁,锁也会因为到了过期时间而自动解锁(即key
被删除),不会发生死锁。最后,因为我们将value
赋值为requestId
,用来标识这把锁是属于哪个请求加的,那么在客户端在解锁的时候就可以进行校验是否是同一个客户端。
解锁代码分析
将Lua
代码传到jedis.eval()
方法里,并使参数KEYS[1]
赋值为lockKey
,ARGV[1]
赋值为requestId
。在执行的时候,首先会获取锁对应的value值,检查是否与requestId
相等,如果相等则解锁(删除key
)。
存在的风险
如果存储锁对应key
的那个节点挂了的话,就可能存在丢失锁的风险,导致出现多个客户端持有锁的情况,这样就不能实现资源的独享了。
- 客户端A从
master
获取到锁 - 在
master
将锁同步到slave
之前,master
宕掉了(Redis
的主从同步通常是异步的)。
主从切换,slave
节点被晋级为master
节点 - 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。导致存在同一时刻存不止一个线程获取到锁的情况。
redlock算法出现
这个场景是假设有一个 redis cluster
,有 5 个 redis master
实例。然后执行如下步骤获取一把锁:
- 获取当前时间戳,单位是毫秒;
- 跟上面类似,轮流尝试在每个
master
节点上创建锁,过期时间较短,一般就几十毫秒; - 尝试在大多数节点上建立一个锁,比如 5 个节点就要求是 3 个节点 n / 2 + 1;
- 客户端计算建立好锁的时间,如果建立锁的时间小于超时时间,就算建立成功了;
- 要是锁建立失败了,那么就依次之前建立过的锁删除;
- 只要别人建立了一把分布式锁,你就得不断轮询去尝试获取锁。
Redis 官方给出了以上两种基于 Redis 实现分布式锁的方法,详细说明可以查看:
https://redis.io/topics/distlock 。
Redisson实现
Redisson
是一个在Redis
的基础上实现的Java
驻内存数据网格(In-Memory Data Grid
)。它不仅提供了一系列的分布式的Java
常用对象,还实现了可重入锁(Reentrant Lock
)、公平锁(Fair Lock
)、联锁(MultiLock
)、 红锁(RedLock
)、 读写锁(ReadWriteLock
)等,还提供了许多分布式服务。
Redisson
提供了使用Redis
的最简单和最便捷的方法。Redisson
的宗旨是促进使用者对Redis
的关注分离(Separation of Concern
),从而让使用者能够将精力更集中地放在处理业务逻辑上。
Redisson 分布式重入锁用法
Redisson
支持单点模式、主从模式、哨兵模式、集群模式,这里以单点模式为例:
// 1.构造redisson实现分布式锁必要的Config
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:5379").setPassword("123456").setDatabase(0);
// 2.构造RedissonClient
RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
// 3.获取锁对象实例(无法保证是按线程的顺序获取到)
RLock rLock = redissonClient.getLock(lockKey);
try {/*** 4.尝试获取锁* waitTimeout 尝试获取锁的最大等待时间,超过这个值,则认为获取锁失败* leaseTime 锁的持有时间,超过这个时间锁会自动失效(值应设置为大于业务处理的时间,确保在锁有效期内业务能处理完)*/boolean res = rLock.tryLock((long)waitTimeout, (long)leaseTime, TimeUnit.SECONDS);if (res) {//成功获得锁,在这里处理业务}
} catch (Exception e) {throw new RuntimeException("aquire lock fail");
}finally{//无论如何, 最后都要解锁rLock.unlock();
}
加锁流程图
解锁流程图
我们可以看到,RedissonLock是可重入的,并且考虑了失败重试,可以设置锁的最大等待时间, 在实现上也做了一些优化,减少了无效的锁申请,提升了资源的利用率。
需要特别注意的是,RedissonLock 同样没有解决 节点挂掉的时候,存在丢失锁的风险的问题。而现实情况是有一些场景无法容忍的,所以 Redisson 提供了实现了redlock算法的 RedissonRedLock,RedissonRedLock 真正解决了单点失败的问题,代价是需要额外的为 RedissonRedLock 搭建Redis环境。
所以,如果业务场景可以容忍这种小概率的错误,则推荐使用 RedissonLock, 如果无法容忍,则推荐使用 RedissonRedLock。
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