Redis分布式锁原理

业务背景:
后台定时任务刷新Redis的数据到数据库中，有多台机器开启了此定时同步的任务，但是需要其中一台工作，其他的作为备用，提高可用性。使用Redis分布式锁进行限制，拿到锁的机器去执行具体业务，拿不到锁的继续轮询。

分布式锁原理
分布式锁：当多个进程不在同一个系统中，多个进程共同竞争同一个资源，用分布式锁控制多个进程对资源的互斥访问。采用Redis服务器存储锁信息（即SET一个Key表示已加锁），可以实现多进程的并发读锁的状态，如果没有锁，则只允许一个进程加锁。

Redis分布式锁实现的关键点：

问题	问题描述	解决方案
互斥性	保证只有一个client可以获取资源	加锁
原子性	如果锁不存在则执行加锁操作，必须是原子性操作	原子性命令或者执行Lua脚本
避免死锁	当拿到锁的Client因宕机或网络原因断线后，如果锁不能释放就会产生死锁	为锁加超时时间
锁超时时间设定	锁超时时间到了，业务没执行完问题	心跳线程，不断更新锁超时时间
锁的所属权	解铃还需系铃人，加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了	Client 与锁进行一一对应，使用UUID作为锁的值
自动重连	网络故障导致Client连接Redis 失败的情况，网络恢复后可以自动重连	轮询

实现方案
方案一：采用Redis的原子性命令“SET key value EX expire-time NX”可以实现分布式锁的基本功能，其中的NX（Not Exist）即判断是否已存在锁，如果不存在key则可进行操作，SET key value 等同于加锁，EX expire-time即设置超时时间，可以避免死锁，但是超时时间的设置需要根据具体业务设置一个合理的经验值，避免锁超时时间到了，业务没执行完的问题。

方案二：采用Lua脚本实现，Redis会将整个脚本作为一个整体执行，因此Lua脚本可以实现原子性操作。相较于方案一，此处增加了心跳线程，不断更新锁超时时间，解决锁超时时间设置不合理的问题；生成UUID（或者是随机数字符串）作为锁的值，用于保证锁与Client的一一对应；采用轮询来实现断线自动重连。

实现方案1：SET EX NX
加锁流程图：

定义锁的变量名为lock，那么对应Redis命令：
判断是否加锁的命令：GET lock
加锁的命令：SET lock
设置超时时间的命令：EXPIRE expire-time
三条命令分开执行是不具有原子性的，比如可能会出现一个进程执行GET lock得到的结果为nil即尚未加锁，在其执行SET lock前另一个进程也执行了SET lock，导致两个进程都认为是可以加锁的，失去互斥性。
因此判断尚未加锁、加锁、设置超时时间必须原子操作，使用Redis的命令“SET key value EX expire-time NX”可以实现该原子操作。

package mainimport ("fmt""time""github.com/gomodule/redigo/redis"
)func main() {rds, err := redis.Dial("tcp", "127.0.0.1:6379")if err != nil {fmt.Println("Connect to redis error", err)return}   defer rds.Close()for true {//检查是否有所与加锁必须是原子性操作result, err := rds.Do("SET", "lock", 1, "EX", 5, "NX")   if err != nil {fmt.Println("redis set error.", err)return}result, err = redis.String(result, err)// 加锁失败，继续轮询if result != "OK" {fmt.Println("SET lock failed.")time.Sleep(5 * time.Second)continue}// 加锁成功fmt.Println("work begining...")// 此处处理业务fmt.Println("work end");// 业务处理结束后释放锁result, err := rds.Do("del", "lock")break;}
}

此方法弊端是对超时时间的设置有要求，需要根据具体业务设置一个合理的经验值，避免锁超时时间到了，业务没执行完的问题。

实现方案2：Lua脚本

package mainimport ("fmt""time""github.com/satori/go.uuid""github.com/gomodule/redigo/redis"
)var uuidClient uuid.UUIDconst (SCRIPT_LOCK = ` local res=redis.call('GET', KEYS[1])if res thenreturn 0elseredis.call('SET',KEYS[1],ARGV[1]);redis.call('EXPIRE',KEYS[1],ARGV[2])return 1end `   SCRIPT_EXPIRE = ` local res=redis.call('GET', KEYS[1])if not res thenreturn -1end if res==ARGV[1] thenredis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2])return 1elsereturn 0end `   SCRIPT_DEL = ` local res=redis.call('GET', KEYS[1])if not res then return -1end if res==ARGV[1] thenredis.call('DEL', KEYS[1])elsereturn 0end `
)func ResetExpire() {fmt.Println("Reset expire begin...")rds, err := redis.Dial("tcp", "127.0.0.1:6379")if err != nil {fmt.Println("Connect to redis server error.", err)return}for true {luaExpire := redis.NewScript(1, SCRIPT_EXPIRE)result, err := redis.Int(luaExpire.Do(rds, "lock", uuidClient.String(), 5))if err != nil {fmt.Println("luaExpire exec error", err)break}if result != 1 {fmt.Println("Reset expire failed.")break} else {fmt.Println("Reset expire succeed.")}time.Sleep(3 * time.Second)}fmt.Println("Reset expire end.")
}func main() {for true {rds, err := redis.Dial("tcp", "127.0.0.1:6379")if err != nil {fmt.Println("Connect to redis server error.", err)time.Sleep(5 * time.Second)continue}defer rds.Close()// 生成UUID标识锁与Client的对应关系uuidClient,err = uuid.NewV4() //也可以生成随机数字符串来代替if err != nil {fmt.Println("New uuid error.", err)return}luaLock := redis.NewScript(1, SCRIPT_LOCK)luaDel:= redis.NewScript(1, SCRIPT_DEL)for true {result, err := redis.Int(luaLock.Do(rds, "lock", uuidClient.String(), 5))if err != nil {fmt.Println("luaLock exec error.", err)break}if result == 0 {fmt.Println("Set lock failed.")time.Sleep(5 * time.Second)continue}fmt.Println("Set lock succeed.")go ResetExpire()// 加锁成功fmt.Println("work begining...")// 此处处理业务fmt.Println("work end");// 业务处理结束后释放锁result, err = redis.Int(luaDel.Do(rds, "lock", uuidClient.String()))return}}
}

Redis采用Lua脚本可以执行更多的个性化的原子操作，在我项目中就采用这种容错性更高的方式。

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