Redis分布式锁的实现（Redission）

写在前面

本人在学习Redis过程中学习到分布式锁时太多困惑和疑难杂点需要总结梳理思路以下思路都是最简单最基本的思路主要用到Redission工具类会涉及到看门狗机制等本文内容部分引自Javaguide,小林coding等热门八股用于个人学习用途

分布式锁介绍

对于单机多线程来说通常用ReetrantLock类 synchronized关键字这类JDK自带的本地锁来控制一个JVM进程内多线程对本地共享资源的访问

图解引自JavaGuide：

线程访问共享资源是互斥的！也就是同一时刻只有单线程可获取本地锁访问共享资源

在分布式系统下不同服务或者客户端通常运行在多个独立的JVM进程上 若多个JVM进程共享同份资源使用本地锁就没办法实现资源的互斥访问了 为了解决这种问题 分布式锁 诞生了

举例子：下单服务一共部署 3 份都对外提供服务用户下订单之前后台要查库存为了防止超卖就需要加锁来实现对检查库存操作的同步访问由于订单服务位于不同JVM进程中本地锁在这种情况下就无法正常工作因此要用到分布式锁才能解决多线程不在同个JVM进程下也能获取同把锁劲儿实现共享资源的互斥访问

图解引自JavaGuide：

可以看出来两者区别就在于分布式锁就是联系起不同的JVM进程并保证所有JVM都可以对共享资源进行同步操作基本的要求还是大体一致的同样独立进程里的线程访问共享资源是互斥的某一时刻只有单线程可获取到分布式锁访问共享资源

分布式锁最基本要满足：

1.互斥：任何一个时刻锁只能被一个线程持有（保证原子操作以免造成数据不一致问题）

2.高可用：锁的服务是高可用的即使客户端释放锁的代码逻辑出现问题锁最后还是会被释放不影响其他线程中进程对共享资源的访问（一定可以释放锁无论是异常还是出错锁的效率很高）

3.可重入：一个节点获取了锁以后还可以再次获取锁（多次使用客户端一个功能增删改）

实现分布式锁：

Redis 或 ZooKeeper实现分布式锁以Redis为例

how to 实现？首先从分布式锁的定义出发无论是本地锁还是分布式锁都有共性--“互斥”

在Redis里 setnx命令可以实现互斥 setnx（set if Not eXist）对应Java里的setIfAbsent方法如果key不存在才会设置key的值若key存在就什么都不做

> SETNX lockKey uniqueValue
(integer) 1
> SETNX lockKey uniqueValue
(integer) 0

释放锁用del删除key就行

> DEL lockKey
(integer) 1

但是这里有很多可能在自学过程中想到过若在当前线程已经获取锁的情况下

如果使用多个命令（如 setnx 和 expire设置过期时间），可能会出现：

1.成功获取锁但是设置过期时间失败导致锁无法正常释放

2.释放锁时误删其他线程的锁（如锁已过期，但当前线程误删了新线程的锁）

为了解决特殊情况需要保证数据前后操作一致性也就是原子性最常见的就是用lua脚本通过key对应的value（唯一值）来判断

lua脚本基于c语言保证了解锁操作的原子性因为Redis在执行lua脚本时可以用原子性的方式执行从而保证锁释放操作的原子性

// 释放锁时，先比较锁对应的 value 值是否相等，避免锁的误释放
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call("del",KEYS[1])
elsereturn 0
end

图解引自JavaGuide：

这样做有两个好处用value判断是否为对应线程的锁是则释放否则error 防止误删其他锁

同时用lua脚本保持原子操作确保锁释放不会被其他线程打断

技术往往都是双刃剑同样这种锁也有一些问题要是程序遇到问题比如说释放锁的逻辑突然挂掉可能导致锁无法正常释放进而造成共享资源无法被其他进程或者线程访问所以为了避免这种问题需要给锁设置一个过期时间

分布式锁设置过期时间

为了避免这种因外部原因或者突然断电异常可以给这个key（这个分布式锁）设置一个过期时间

127.0.0.1:6379> SET lockKey uniqueValue EX 3 NX
OK

lockKey:加锁的锁名 uniqueValue 能够唯一标识锁的随机字符串（可以用UUID）

NX:只有当lockKey对应的key值不存在时才能set成功

EX:过期时间设置（秒为单位） EX 3 表示这个锁有三秒的自动过期时间与EX对应的是PX（毫秒）两个都是过期时间设置

一定需要保证设置指定key的值和过期时间是原子操作！！！！！！否则锁无法被释放

但是我怎么知道要设置多长过期时间我写完这个文章我难道要给自己设置个过期时间到九点前我写完了那我网页还挂着为啥不关机九点之前没写完我电脑直接关机了我怎么写

对于这种分布式锁也是一样的道理一般正常的操作都是毫秒级别过期时间小于线程对共享资源的操作时间就回出现锁提前过期的问题进而导致分布式锁直接失效过期时间设置过长又会浪费性能

要是能自动设置就好了！

如何实现优雅的续期....?

总会有人想到的这里就引入Redis里现成的方案 Redission

Redission自动续期机制

Redission就可以做到自动续期机制其底层实现上使用了看门狗机制（Watch Dog）

在共享资源的线程操作还未完成的情况下看门狗会一直延长过期时间（默认情况下存活30s

每10s更新一次过期时间）进而保证锁不会因为超时而被释放

多好的看门狗多希望自己学习也是这

图解引自JavaGuide：

看门狗名字的由来于 getLockWatchdogTimeout() 方法，此方法返回看门狗给锁续期的过期时间（默认30s）

//默认 30秒，支持修改
private long lockWatchdogTimeout = 30 * 1000;public Config setLockWatchdogTimeout(long lockWatchdogTimeout) {this.lockWatchdogTimeout = lockWatchdogTimeout;return this;
}
public long getLockWatchdogTimeout() {return lockWatchdogTimeout;
}

方法内用lua脚本保证操作原子性 renewExpiration方法包含主要逻辑

private void renewExpiration() {//......Timeout task = commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {@Overridepublic void run(Timeout timeout) throws Exception {//......// 异步续期，基于 Lua 脚本CompletionStage<Boolean> future = renewExpirationAsync(threadId);future.whenComplete((res, e) -> {if (e != null) {// 无法续期log.error("Can't update lock " + getRawName() + " expiration", e);EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(getEntryName());return;}if (res) {// 递归调用实现续期renewExpiration();} else {// 取消续期cancelExpirationRenewal(null);}});}// 延迟 internalLockLeaseTime/3（默认 10s，也就是 30/3） 再调用}, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS);ee.setTimeout(task);}

JavaGuide的源码分析很到位我之前做过看门狗机制的笔记比较凌乱基本上是这样的流程

有ttl和time（ttl 锁有效时间 time获取锁的等待时间）需要确保业务正常运行释放锁不能因为阻塞异常释放锁引出看门狗机制

这里的ee对象封装了当前线程id与当前定时的任务（该定时任务里用lua脚本对redis有效期定时更新在看门狗机制30s的情况下每30/3 = 10秒后会重启任务通过内部递归重复调用方法执行）

Watch Dog 通过调用 renewExpirationAsync() 方法实现锁的异步续期：

protected CompletionStage<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {return evalWriteAsync(getRawName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,// 判断是否为持锁线程，如果是就执行续期操作，就锁的过期时间设置为 30s（默认）"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +"return 1; " +"end; " +"return 0;",Collections.singletonList(getRawName()),internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}

这里的renewExpirationAsync方法实现了续期用lua脚本主要是保证操作原子性

JavaGuide里用Redission分布式可重入锁RLock来说明如何使用Redission实现分布式锁

// 1.获取指定的分布式锁对象
RLock lock = redisson.getLock("lock");
// 2.拿锁且不设置锁超时时间，具备 Watch Dog 自动续期机制
lock.lock();
// 3.执行业务
...
// 4.释放锁
lock.unlock();
// 手动给锁设置过期时间，不具备 Watch Dog 自动续期机制
lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);

注意不设置锁过期时间时才会出发看门狗自动续期机制