Redis 分布式锁

未分类 2年前 (2022) 程序员胖胖胖虎阿

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概述

单机架构下，一个进程中的多个线程竞争同一共享资源时，通常使用 JVM 级别的锁即可保证互斥，以对商品下单并扣库存为例：

public String deductStock() {
    synchronized (this){
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "")
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    }
    return "end";
}

然而，当使用分布式架构时，这种方式就不管用了，因为 JVM 锁只能控制自家应用，其他机器的应用时管不了的，这时候分布式锁就派上用场了，它能保证分布式系统下不同进程对共享资源访问的互斥性

案例分析

下面对使用 Redis 实现分布式锁的案例进行分析：

1. Case1

使用 Redis 中的 setnx() 设计一个入门级别的分布式锁

public String deductStock1() {
    String localKey = "lock:product:0001";
    Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, "true");
    if (!aBoolean){
        return "当前系统繁忙";
    }
    try {
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    } finally {
        // 即使中间的任何一处逻辑抛出异常,也能保证锁释放
        stringRedisTemplate.delete(localKey);
    }
    return "end";
}

存在的问题：锁没有释放，机器却宕机了，这时候其他机器将无法获取锁

2. Case2

设置一个过期时间，解决 Case1 中存在的宕机没有释放锁的问题

public String deductStock2() {
    String localKey = "lock:product:0001";
    Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, "true");
    stringRedisTemplate.expire(localKey,10,TimeUnit.SECONDS);
    if (!aBoolean){
        return "当前系统繁忙";
    }
    try {
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    } finally {
        stringRedisTemplate.delete(localKey);
    }
    return "end";
}

存在的问题：有可能还没有执行到 expire() 就宕机了，没有保证原子性

3. Case3

在加锁时就设置超时时间，保证加锁和设置超时时间是原子操作

public String deductStock3() {
    String localKey = "lock:product:0001";
    // 这条命令能够保证原子性
    Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, "true",10,TimeUnit.SECONDS);
    if (!aBoolean){
        return "当前系统繁忙";
    }
    try {
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    } finally {
        stringRedisTemplate.delete(localKey);
    }
    return "end";
}

存在问题：如果系统并发量不是特别的大，那么问题不大，但如果并发量很大，就会出现严重的并发问题：

假设线程 A 的时间超过了超时时间，锁失效了，此时该线程 A 还没有执行 delete 方法
线程 B 这时候加锁成功了，与此同时线程 A 执行了 delete 方法，但是这时候线程 A 释放的锁是线程 B 的
于是极端情况下就会出现：线程 A 释放线程 B 的锁，B 释放 C 的，C 释放 D 的 ......

4. Case4

Case3 存在的问题的根本原因就是在执行 delete 方法的时候，自己的锁被其他的线程释放了，所以解决办法就是给每个线程生成一个唯一 ID，在最后释放锁的时候判断是否是自己的锁，如果是自己的才释放

public String deductStock4() {
    String localKey = "lock:product:0001";
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    // 这条命令能够保证原子性
    Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, uuid,10,TimeUnit.SECONDS);
    if (!aBoolean){
        return "当前系统繁忙";
    }
    try {
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    } finally {
        if (uuid.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(localKey))){
            stringRedisTemplate.delete(localKey);
        }
    }
    return "end";
}

存在问题：存在原子性问题，问题代码如下：

if (uuid.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(localKey))){
    stringRedisTemplate.delete(localKey);
}

有可能出现当前线程执行完 if 判断却还没执行 delete 操作的时候当前锁过期了，于是又会出现当前线程释放了其他线程的锁的情况

5. Case5

对于 Case4 的问题，本质是「判断是不是当前线程加的锁」和「释放锁」不是一个原子操作，可以用 Lua 脚本代替，Redis 会将整个脚本作为一个整体执行

String redisScript = "
    if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then 
        return redis.call('del',KEYS[1]) 
    else
        return 0
        end;"

public String deductStock5() {
    String localKey = "lock:product:0001";
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    // 这条命令能够保证原子性
    Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, uuid,10,TimeUnit.SECONDS);
    if (!aBoolean){
        return "当前系统繁忙";
    }
    try {
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    } finally {
        redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(localKey), uuid);
    }
    return "end";
}

也可以使用锁续命的方式解决，即创建一个守护线程，每过一段时间，判断业务的主线程有没有结束（是否还加着锁），如果还加着锁，将锁的超时时间重新设置

public String deductStock5() {
    String localKey = "lock:product:0001";
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    // 这条命令能够保证原子性
    Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, uuid,10,TimeUnit.SECONDS);
    if (!aBoolean){
        return "当前系统繁忙";
    } else {
        // 续命
        Thread demo = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    Boolean expire = redisTemplate.expire(key, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
                    // 有可能已经主动删除key,不需要在续命
                    if(!expire){
                        return;
                    }
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });
        demo.setDaemon(true);
        demo.start();
    }
    try {
        // 获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
    } finally {
        if (uuid.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(localKey))){
            stringRedisTemplate.delete(localKey);
        }
    }
    return "end";
}

版权声明：程序员胖胖胖虎阿发表于 2022年9月1日上午1:56。
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