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redis中的分布式锁有哪些特点

时间2023-04-15 15:18:02发布访客分类数据库浏览540
导读：本篇内容主要讲解“redis中的分布式锁有哪些特点”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“redis中的分布式锁有哪些特点”吧! 分布式锁的特点1.独占性不论在...
本篇内容主要讲解“redis中的分布式锁有哪些特点”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“redis中的分布式锁有哪些特点”吧!

分布式锁的特点

  • 1.独占性

不论在任何情况下都只能有一个线程持有锁。

  • 2.高可用

redis集群环境不能因为某一个节点宕机而出现获取锁或释放锁失败。

  • 3.防死锁

必须有超时控制机制或者撤销操作。

  • 4.不乱抢

自己加锁，自己释放。不能释放别人加的锁。

  • 5.重入性

同一线程可以多次加锁。

redis单机怎么实现

一般情况下都是使用setnx+lua脚本实现。

直接贴代码

packagecom.fandf.test.redis;
    

importcn.hutool.core.util.IdUtil;
    
importcn.hutool.core.util.RandomUtil;
    
importlombok.extern.slf4j.Slf4j;
    
importorg.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
    
importorg.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
    
importorg.springframework.stereotype.Service;
    

importjavax.annotation.Resource;
    
importjava.util.Collections;
    
importjava.util.concurrent.TimeUnit;


/**
*redis单机锁
*
*@authorfandongfeng
*@date2023/3/2906:52
*/
@Slf4j
@Service
publicclassRedisLock{
    

@Resource
RedisTemplateString,Object>
    redisTemplate;
    

privatestaticfinalStringSELL_LOCK="kill:";


/**
*模拟秒杀
*
*@return是否成功
*/
publicStringkill(){
    

StringproductId="123";
    
Stringkey=SELL_LOCK+productId;
    
//锁value,解锁时用来判断当前锁是否是自己加的
Stringvalue=IdUtil.fastSimpleUUID();
    
//加锁十秒钟过期防死锁
Booleanflag=redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,value,10,TimeUnit.SECONDS);

if(!flag){
    
return"加锁失败";

}

try{
    
StringproductKey="good123";
    
//获取商品库存
Integerstock=(Integer)redisTemplate.opsForValue().get(productKey);

if(stock==null){
    
//模拟录入数据，实际应该加载时从数据库读取
redisTemplate.opsForValue().set(productKey,100);
    
stock=100;

}

if(stock=0){
    
return"卖完了，下次早点来吧";

}
    
//扣减库存,模拟随机卖出数量
intrandomInt=RandomUtil.randomInt(1,10);
    
redisTemplate.opsForValue().decrement(productKey,randomInt);
    
//修改db,可以丢到队列里慢慢处理
return"成功卖出"+randomInt+"个，库存剩余"+redisTemplate.opsForValue().get(productKey)+"个";

}
finally{
    

////这种方法会存在删除别人加的锁的可能
//redisTemplate.delete(key);


//if(value.equals(redisTemplate.opsForValue().get(key))){
    
////因为if条件的判断和delete不是原子性的，
////if条件判断成功后，恰好锁到期自己解锁
////此时别的线程如果持有锁了，就会把别人的锁删除掉
//redisTemplate.delete(key);

//}
    

//使用lua脚本保证判断和删除的原子性
StringluaScript=
"if(redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1])then"+
"returnredis.call('del',KEYS[1])"+
"else"+
"return0"+
"end";
    
redisTemplate.execute(newDefaultRedisScript>
    (luaScript,Boolean.class),Collections.singletonList(key),value);

}

}



}

进行单元测试，模拟一百个线程同时进行秒杀

packagecom.fandf.test.redis;
    

importorg.junit.jupiter.api.DisplayName;
    
importorg.junit.jupiter.api.RepeatedTest;
    
importorg.junit.jupiter.api.Test;
    
importorg.junit.jupiter.api.parallel.Execution;
    
importorg.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
    

importjavax.annotation.Resource;
    

importstaticorg.junit.jupiter.api.parallel.ExecutionMode.CONCURRENT;


/**
*@Description:
*@author:fandongfeng
*@date:2023-3-2416:45
*/
@SpringBootTest
classSignServiceTest{
    


@Resource
RedisLockredisLock;



@RepeatedTest(100)
@Execution(CONCURRENT)
publicvoidredisLock(){
    
Stringresult=redisLock.kill();

if("加锁失败".equals(result)){


}
else{
    
System.out.println(result);

}

}

}

只有三个线程抢到了锁

成功卖出5个，库存剩余95个
成功卖出8个，库存剩余87个
成功卖出7个，库存剩余80个

redis锁有什么问题？

总的来说有两个：

  • 1.无法重入。

  • 2.我们为了防止死锁，加锁时都会加上过期时间，这个时间大部分情况下都是根据经验对现有业务评估得出来的，但是万一程序阻塞或者异常，导致执行了很长时间，锁过期就会自动释放了。此时如果别的线程拿到锁，执行逻辑，就有可能出现问题。

那么这两个问题有没有办法解决呢？有，接下来我们就来讲讲Redisson

Redisson实现分布式锁

Redisson是什么？

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，还提供了许多分布式服务。其中包括(BitSet, Set, Multimap, SortedSet, Map, List, Queue, BlockingQueue, Deque, BlockingDeque, Semaphore, Lock, AtomicLong, CountDownLatch, Publish / Subscribe, Bloom filter, Remote service, Spring cache, Executor service, Live Object service, Scheduler service) 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。

springboot集成Redisson

集成很简单，只需两步

  1. pom引入依赖

dependency>
    
groupId>
    org.redisson/groupId>
    
artifactId>
    redisson-spring-boot-starter/artifactId>
    
/dependency>

  1. application.yml增加redis配置

spring:
application:
name:test
redis:
host:127.0.0.1
port:6379

使用也很简单，只需要注入RedissonClient即可

packagecom.fandf.test.redis;
    

importlombok.extern.slf4j.Slf4j;
    
importorg.redisson.api.RLock;
    
importorg.redisson.api.RedissonClient;
    
importorg.springframework.stereotype.Component;
    

importjavax.annotation.Resource;


/**
*@authorfandongfeng
*/
@Component
@Slf4j
publicclassRedissonTest{
    

@Resource
RedissonClientredissonClient;


publicvoidtest(){
    
RLockrLock=redissonClient.getLock("anyKey");
    
//rLock.lock(10,TimeUnit.SECONDS);
    
rLock.lock();

try{

//dosomething
}
catch(Exceptione){
    
log.error("业务异常",e);

}
finally{
    
rLock.unlock();

}


}


}

可能不了解redisson的小伙伴会不禁发出疑问。
what?加锁时不需要加过期时间吗？这样会不会导致死锁啊。解锁不需要判断是不是自己持有吗？
哈哈，别着急，我们接下来一步步揭开redisson的面纱。

Redisson lock()源码跟踪

我们来一步步跟着lock()方法看下源码(本地redisson版本为3.20.0)

//RedissonLock.class

@Override
publicvoidlock(){

try{
    
lock(-1,null,false);

}
catch(InterruptedExceptione){
    
thrownewIllegalStateException();

}

}

查看lock(-1, null, false); 方法

privatevoidlock(longleaseTime,TimeUnitunit,booleaninterruptibly)throwsInterruptedException{
    
//获取当前线程id
longthreadId=Thread.currentThread().getId();
    
//加锁代码块，返回锁的失效时间
Longttl=tryAcquire(-1,leaseTime,unit,threadId);

//lockacquired
if(ttl==null){
    
return;

}
    

CompletableFutureRedissonLockEntry>
    future=subscribe(threadId);
    
pubSub.timeout(future);
    
RedissonLockEntryentry;

if(interruptibly){
    
entry=commandExecutor.getInterrupted(future);

}
else{
    
entry=commandExecutor.get(future);

}


try{

while(true){
    
ttl=tryAcquire(-1,leaseTime,unit,threadId);

//lockacquired
if(ttl==null){
    
break;

}
    

//waitingformessage
if(ttl>
=0){

try{
    
entry.getLatch().tryAcquire(ttl,TimeUnit.MILLISECONDS);

}
catch(InterruptedExceptione){

if(interruptibly){
    
throwe;

}
    
entry.getLatch().tryAcquire(ttl,TimeUnit.MILLISECONDS);

}

}
else{

if(interruptibly){
    
entry.getLatch().acquire();

}
else{
    
entry.getLatch().acquireUninterruptibly();

}

}

}

}
finally{
    
unsubscribe(entry,threadId);

}
    
//get(lockAsync(leaseTime,unit));

}

我们看下它是怎么上锁的，也就是tryAcquire方法

privateLongtryAcquire(longwaitTime,longleaseTime,TimeUnitunit,longthreadId){
    
//真假加锁方法tryAcquireAsync
returnget(tryAcquireAsync(waitTime,leaseTime,unit,threadId));

}
    
publicRedissonLock(CommandAsyncExecutorcommandExecutor,Stringname){
    
super(commandExecutor,name);
    
this.commandExecutor=commandExecutor;
    
this.internalLockLeaseTime=commandExecutor.getServiceManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout();
    
this.pubSub=commandExecutor.getConnectionManager().getSubscribeService().getLockPubSub();

}
    

privateT>
    RFutureLong>
tryAcquireAsync(longwaitTime,longleaseTime,TimeUnitunit,longthreadId){
    
RFutureLong>
    ttlRemainingFuture;
    
if(leaseTime>
0){
    
ttlRemainingFuture=tryLockInnerAsync(waitTime,leaseTime,unit,threadId,RedisCommands.EVAL_LONG);

}
else{
    
//waitTime和leaseTime都是-1，所以走这里
//过期时间internalLockLeaseTime初始化的时候赋值commandExecutor.getServiceManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout();
    
//跟进去源码发现默认值是30秒，privatelonglockWatchdogTimeout=30*1000;
    
ttlRemainingFuture=tryLockInnerAsync(waitTime,internalLockLeaseTime,
TimeUnit.MILLISECONDS,threadId,RedisCommands.EVAL_LONG);

}
    
CompletionStageLong>
    s=handleNoSync(threadId,ttlRemainingFuture);
    
ttlRemainingFuture=newCompletableFutureWrapper>
    (s);
    
//加锁成功，开启子线程进行续约
CompletionStageLong>
    f=ttlRemainingFuture.thenApply(ttlRemaining->
{

//lockacquired
if(ttlRemaining==null){
    
if(leaseTime>
0){
    
//如果指定了过期时间，则不续约
internalLockLeaseTime=unit.toMillis(leaseTime);

}
else{
    
//没指定过期时间，或者小于0，在这里实现锁自动续约
scheduleExpirationRenewal(threadId);

}

}
    
returnttlRemaining;

}
    );
    
returnnewCompletableFutureWrapper>
    (f);

}

上面代码里面包含加锁和锁续约的逻辑，我们先来看看加锁的代码

T>
    RFutureT>
    tryLockInnerAsync(longwaitTime,longleaseTime,TimeUnitunit,longthreadId,RedisStrictCommandT>
command){
    
returnevalWriteAsync(getRawName(),LongCodec.INSTANCE,command,
"if((redis.call('exists',KEYS[1])==0)"+
"or(redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[2])==1))then"+
"redis.call('hincrby',KEYS[1],ARGV[2],1);
    "+
"redis.call('pexpire',KEYS[1],ARGV[1]);
    "+
"returnnil;
    "+
"end;
    "+
"returnredis.call('pttl',KEYS[1]);
    ",
Collections.singletonList(getRawName()),unit.toMillis(leaseTime),getLockName(threadId));

}

这里就看的很明白了吧，redisson使用了lua脚本来保证了命令的原子性。
redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) 查看 key value 是否存在。

Redis Hexists 命令用于查看哈希表的指定字段是否存在。
如果哈希表含有给定字段，返回 1 。 如果哈希表不含有给定字段，或 key 不存在，返回 0 。

127.0.0.1:6379>
    hexists123uuid
(integer)0
127.0.0.1:6379>
    hincrby123uuid1
(integer)1
127.0.0.1:6379>
    hincrby123uuid1
(integer)2
127.0.0.1:6379>
    hincrby123uuid1
(integer)3
127.0.0.1:6379>
    hexists123uuid
(integer)1
127.0.0.1:6379>
    hgetall123
1)"uuid"
2)"3"
127.0.0.1:6379>

当key不存在，或者已经含有给定字段(也就是已经加过锁了，这里是为了实现重入性)，直接对字段的值+1
这个字段的值，也就是ARGV[2]， 取得是getLockName(threadId)方法，我们再看看这个字段的值是什么

protectedStringgetLockName(longthreadId){
    
returnid+":"+threadId;

}


publicRedissonBaseLock(CommandAsyncExecutorcommandExecutor,Stringname){
    
super(commandExecutor,name);
    
this.commandExecutor=commandExecutor;
    
this.id=commandExecutor.getServiceManager().getId();
    
this.internalLockLeaseTime=commandExecutor.getServiceManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout();
    
this.entryName=id+":"+name;

}
    

//commandExecutor.getServiceManager()的id默认值
privatefinalStringid=UUID.randomUUID().toString();

这里就明白了，字段名称是 uuid + : + threadId

接下来我们看看锁续约的代码scheduleExpirationRenewal(threadId); 

protectedvoidscheduleExpirationRenewal(longthreadId){
    
ExpirationEntryentry=newExpirationEntry();
    
//判断该实例是否加过锁
ExpirationEntryoldEntry=EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(getEntryName(),entry);

if(oldEntry!=null){
    
//重入次数+1
oldEntry.addThreadId(threadId);

}
else{
    
//第一次加锁
entry.addThreadId(threadId);

try{
    
//锁续约核心代码
renewExpiration();

}
finally{

if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
    
//如果线程异常终止，则关闭锁续约线程
cancelExpirationRenewal(threadId);

}

}

}

}

我们看看renewExpiration()方法

privatevoidrenewExpiration(){
    
ExpirationEntryee=EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());

if(ee==null){
    
return;

}

//新建一个线程执行
Timeouttask=commandExecutor.getServiceManager().newTimeout(newTimerTask(){

@Override
publicvoidrun(Timeouttimeout)throwsException{
    
ExpirationEntryent=EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());

if(ent==null){
    
return;

}
    
LongthreadId=ent.getFirstThreadId();

if(threadId==null){
    
return;

}
    
//设置锁过期时间为30秒
CompletionStageBoolean>
    future=renewExpirationAsync(threadId);
    
future.whenComplete((res,e)->
{

if(e!=null){

log.error("Can'tupdatelock{
}
    expiration",getRawName(),e);
    
EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(getEntryName());
    
return;

}

//检查锁是还否存在
if(res){
    
//rescheduleitself10后调用自己
renewExpiration();

}
else{
    
//关闭续约
cancelExpirationRenewal(null);

}

}
    );

}

}
    ,internalLockLeaseTime/3,TimeUnit.MILLISECONDS);
    
//注意上行代码internalLockLeaseTime/3，
//internalLockLeaseTime默认30s，那么也就是10s检查一次
ee.setTimeout(task);

}
    

//设置锁过期时间为internalLockLeaseTime也就是30slua脚本保证原子性
protectedCompletionStageBoolean>
renewExpirationAsync(longthreadId){
    
returnevalWriteAsync(getRawName(),LongCodec.INSTANCE,RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
"if(redis.call('hexists',KEYS[1],ARGV[2])==1)then"+
"redis.call('pexpire',KEYS[1],ARGV[1]);
    "+
"return1;
    "+
"end;
    "+
"return0;
    ",
Collections.singletonList(getRawName()),
internalLockLeaseTime,getLockName(threadId));

}

OK，分析到这里我们已经知道了，lock()，方法会默认加30秒过期时间，并且开启一个新线程，每隔10秒检查一下，锁是否释放，如果没释放，就将锁过期时间设置为30秒，如果锁已经释放，那么就将这个新线程也关掉。

我们写个测试类看看

packagecom.fandf.test.redis;
    

importorg.junit.jupiter.api.Test;
    
importorg.redisson.api.RLock;
    
importorg.redisson.api.RedissonClient;
    
importorg.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
    

importjavax.annotation.Resource;


/**
*@Description:
*@author:fandongfeng
*@date:2023-3-2416:45
*/
@SpringBootTest
classRedissonTest{
    

@Resource
privateRedissonClientredisson;



@Test
publicvoidwatchDog()throwsInterruptedException{
    
RLocklock=redisson.getLock("123");
    
lock.lock();
    
Thread.sleep(1000000);

}

}

查看锁的过期时间，及是否续约

127.0.0.1:6379>
    keys*
1)"123"
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)30
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)26
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)24
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)22
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)21
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)20
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)30
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)28
127.0.0.1:6379>

我们再改改代码，看看是否可重入和字段名称是否和我们预期一致

packagecom.fandf.test.redis;
    

importorg.junit.jupiter.api.Test;
    
importorg.redisson.api.RLock;
    
importorg.redisson.api.RedissonClient;
    
importorg.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
    

importjavax.annotation.Resource;


/**
*@Description:
*@author:fandongfeng
*@date:2023-3-2416:45
*/
@SpringBootTest
classRedissonTest{
    

@Resource
privateRedissonClientredisson;



@Test
publicvoidwatchDog()throwsInterruptedException{
    
RLocklock=redisson.getLock("123");
    
lock.lock();
    
lock.lock();
    
lock.lock();
    
//加了三次锁，此时重入次数为3
Thread.sleep(3000);
    
//解锁一次，此时重入次数变为3
lock.unlock();
    
Thread.sleep(1000000);

}

}
    
127.0.0.1:6379>
    keys*
1)"123"
127.0.0.1:6379>
    
127.0.0.1:6379>
    ttl123
(integer)24
127.0.0.1:6379>
    hgetall123
1)"df7f4c71-b57b-455f-acee-936ad8475e01:12"
2)"3"
127.0.0.1:6379>
    
127.0.0.1:6379>
    hgetall123
1)"df7f4c71-b57b-455f-acee-936ad8475e01:12"
2)"2"
127.0.0.1:6379>

我们加锁了三次，重入次数是3，字段值也是 uuid+:+threadId,和我们预期结果是一致的。

Redlock算法

redisson是基于Redlock算法实现的，那么什么是Redlock算法呢？

假设当前集群有5个节点，那么运行redlock算法的客户端会一次执行下面步骤

  • 1.客户端记录当前系统时间，以毫秒为单位

  • 2.依次尝试从5个redis实例中，使用相同key获取锁
    当redis请求获取锁时，客户端会设置一个网络连接和响应超时时间，避免因为网络故障等原因导致阻塞。

  • 3.客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（步骤1的时间），得到获取锁消耗的时间
    只有当半数以上redis节点加锁成功，并且加锁消耗的时间要小于锁失效时间，才算锁获取成功

  • 4.如果获取到了锁，key的真正有效时间等于锁失效时间 减去 获取锁消耗的时间

  • 5.如果获取锁失败，所有的redis实例都会进行解锁
    防止因为服务端响应消息丢失，但是实际数据又添加成功导致数据不一致问题

这里有下面几个点需要注意：

  • 1.我们都知道单机的redis是cp的，但是集群情况下redis是ap的，所以运行Redisson的节点必须是主节点，不能有从节点，防止主节点加锁成功未同步从节点就宕机，而客户端却收到加锁成功，导致数据不一致问题。

  • 2.为了提高redis节点宕机的容错率，可以使用公式2N（n指宕机数量）+1，假设宕机一台，Redisson还要继续运行，那么至少要部署2*1+1=3台主节点。

到此，相信大家对“redis中的分布式锁有哪些特点”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！

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