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Redis的分布式锁,Redis的分布式锁源码分析

分布式锁一般有三种实现方式:1. 数据库乐观锁;2. 基于Redis的分布式锁;3. 基于ZooKeeper的分布式锁

错误示例1

比较常见的错误示例就是使用jedis.setnx()jedis.expire()组合实现加锁,代码如下:

public static void wrongGetLock1(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {

    Long result = jedis.setnx(lockKey, requestId);
    if (result == 1) {
        // 若在这里程序突然崩溃,则无法设置过期时间,将发生死锁
        jedis.expire(lockKey, expireTime);
    }

}

setnx()方法作用就是SET IF NOT EXIST,expire()方法就是给锁加一个过期时间。乍一看好像和前面的set()方法结果一样,然而由于这是两条Redis命令,不具有原子性,如果程序在执行完setnx()之后突然崩溃,导致锁没有设置过期时间。那么将会发生死锁。网上之所以有人这样实现,是因为低版本的jedis并不支持多参数的set()方法。

错误示例2

public static boolean wrongGetLock2(Jedis jedis, String lockKey, int expireTime) {

    long expires = System.currentTimeMillis() + expireTime;
    String expiresStr = String.valueOf(expires);

    // 如果当前锁不存在,返回加锁成功
    if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {
        return true;
    }

    // 如果锁存在,获取锁的过期时间
    String currentValueStr = jedis.get(lockKey);
    if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
        // 锁已过期,获取上一个锁的过期时间,并设置现在锁的过期时间
        String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
        if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
            // 考虑多线程并发的情况,只有一个线程的设置值和当前值相同,它才有权利加锁
            return true;
        }
    }

    // 其他情况,一律返回加锁失败
    return false;

}

这一种错误示例就比较难以发现问题,而且实现也比较复杂。实现思路:使用jedis.setnx()命令实现加锁,其中key是锁,value是锁的过期时间。执行过程:1. 通过setnx()方法尝试加锁,如果当前锁不存在,返回加锁成功。2. 如果锁已经存在则获取锁的过期时间,和当前时间比较,如果锁已经过期,则设置新的过期时间,返回加锁成功。代码如下:

那么这段代码问题在哪里?1. 由于是客户端自己生成过期时间,所以需要强制要求分布式下每个客户端的时间必须同步。 2. 当锁过期的时候,如果多个客户端同时执行jedis.getSet()方法,那么虽然最终只有一个客户端可以加锁,但是这个客户端的锁的过期时间可能被其他客户端覆盖。3. 锁不具备拥有者标识,即任何客户端都可以解锁。

解锁代码

正确姿势

还是先展示代码,再带大家慢慢解释为什么这样实现:

public class RedisTool {

    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

    /**
     * 释放分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 请求标识
     * @return 是否释放成功
     */
    public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));

        if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;

    }

}

可以看到,我们解锁只需要两行代码就搞定了!第一行代码,我们写了一个简单的Lua脚本代码,上一次见到这个编程语言还是在《黑客与画家》里,没想到这次居然用上了。第二行代码,我们将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。eval()方法是将Lua代码交给Redis服务端执行。

那么这段Lua代码的功能是什么呢?其实很简单,首先获取锁对应的value值,检查是否与requestId相等,如果相等则删除锁(解锁)。那么为什么要使用Lua语言来实现呢?因为要确保上述操作是原子性的。关于非原子性会带来什么问题,可以阅读【解锁代码-错误示例2】 。那么为什么执行eval()方法可以确保原子性,源于Redis的特性,下面是官网对eval命令的部分解释:

简单来说,就是在eval命令执行Lua代码的时候,Lua代码将被当成一个命令去执行,并且直到eval命令执行完成,Redis才会执行其他命令。

错误示例1

最常见的解锁代码就是直接使用jedis.del()方法删除锁,这种不先判断锁的拥有者而直接解锁的方式,会导致任何客户端都可以随时进行解锁,即使这把锁不是它的。

public static void wrongReleaseLock1(Jedis jedis, String lockKey) {
    jedis.del(lockKey);
}

错误示例2

这种解锁代码乍一看也是没问题,甚至我之前也差点这样实现,与正确姿势差不多,唯一区别的是分成两条命令去执行,代码如下:

public static void wrongReleaseLock2(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

    // 判断加锁与解锁是不是同一个客户端
    if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) {
        // 若在此时,这把锁突然不是这个客户端的,则会误解锁
        jedis.del(lockKey);
    }

}

如代码注释,问题在于如果调用jedis.del()方法的时候,这把锁已经不属于当前客户端的时候会解除他人加的锁。那么是否真的有这种场景?答案是肯定的,比如客户端A加锁,一段时间之后客户端A解锁,在执行jedis.del()之前,锁突然过期了,此时客户端B尝试加锁成功,然后客户端A再执行del()方法,则将客户端B的锁给解除了。

php 实现分布式锁

<?php

namespace App\Services\NewCourse\Traits;

use Carbon\Carbon;
use Illuminate\Foundation\Application;

/**
 * 锁的工具类
 *
 * Trait LockTrait
 *
 * @property Application|mixed $redis
 * @package App\Services\NewCourse\Traits
 */
trait LockTrait
{
    /**
     * 账户锁
     *
     * @var string
     */
    public $account_lock = 'lock:account:';

    /**
     * 课程锁
     *
     * @var string
     */
    public $course_lock = 'lock:course:';

    /**
     * 账户锁
     *
     * @var string
     */
    public $teacher_lock = 'lock:teacher:';

    /**
     * 账号上锁
     *
     * @param $uid
     *
     * @return bool
     */
    public function lockAccount($uid)
    {
        $key = sprintf("%s%s", $this->account_lock, $uid);
        return $this->baseLock($key, 4, 2);
    }

    /**
     * 账号解锁
     *
     * @param $uid
     * @param $identifier
     */
    public function unLockAccount($uid, $identifier)
    {
        $key  = sprintf("%s%s", $this->account_lock, $uid);
        $this->baseUnLock($key, $identifier);
    }

    /**
     * 课程上锁
     *
     * @param $course_id
     *
     * @return bool
     */
    public function lockCourse($course_id)
    {
        $key = sprintf("%s%s", $this->course_lock, $course_id);
        return $this->baseLock($key, 4, 2);
    }

    /**
     * 账号解锁
     *
     * @param $course_id
     * @param $identifier
     */
    public function unCourse($course_id, $identifier)
    {
        $key  = sprintf("%s%s", $this->course_lock, $course_id);
        $this->baseUnLock($key, $identifier);
    }

    /**
     * 教师上锁
     *
     * @param $tid
     *
     * @return bool
     */
    public function lockTeacher($tid)
    {
        $key = sprintf("%s%s", $this->teacher_lock, $tid);
        return $this->baseLock($key, 4, 2);
    }

    /**
     * 教师解锁
     *
     * @param $tid
     * @param $identifier
     */
    public function unLockTeacher($tid, $identifier)
    {
        $key  = sprintf("%s%s", $this->teacher_lock, $tid);
        $this->baseUnLock($key, $identifier);
    }

    /**
     * 加锁基础方法
     *
     * @param string $key         锁名称
     * @param float  $expire_time 过期事件
     * @param float  $retry_time  重试时间
     *
     * @return bool|string
     */
    public function baseLock($key, $expire_time, $retry_time)
    {
        $identifier = uniqid();
        $start_time = Carbon::now()->timestamp;
        $end_time   = Carbon::now()->addSecond($retry_time)->timestamp;
        while ($start_time < $end_time) {
            $lock = $this->redis->set($key, $identifier, 'ex', $expire_time, 'nx');
            if ($lock) {
                return $identifier;
            }
            sleep(0.2);
            $start_time = Carbon::now()->timestamp;
        }
        return false;
    }

    /**
     * 解锁基础方法
     *
     * @param string $key        锁名称
     * @param int    $identifier 唯一标识
     */
    public function baseUnLock($key, $identifier)
    {
        $lock = $this->redis->get($key);
        if ($lock == $identifier) {
            $this->redis->del($key);
        }
    }
}

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