redis分布式锁

redis分布式事务

概述：

场景：多系统（多进程）对同一资源并发修改操作。PS:同一进程的多线程调用是系统内事务管理不属于分布式事务。
思路：通过设置唯一锁，判断是否又其他客户端在使用。redis中可以通过setNx（key）来上锁，get（key）检查是否被上锁。
难点：保证锁的唯一性、原子性、高可用性、容错性和避免死锁。

思考

基于分布式事务产生的的场景进行考虑解决方案
    1、在多系统并发操作：选择合适的中间件（跨系统）、数据库（底层）。
    2、容错性：就要确保在提供服务方的稳定、容错性，应该提供集群的概念。
    3、高效：redis、rocketMQ、zookeeper|mysql。
    4、集合事务本质和所掌握的中间件进行思考，技术的出现是为了解决业务难题。

实现方式：

1、redis
2、zookeper：
3、mysql乐观锁
4、消息中间件

redis解决方案

redis命令

SETNX

SETNX key val
当且仅当key不存在时，set一个key为val的字符串，返回1；若key存在，则什么都不做，返回0。

expire

expire key timeout
为key设置一个超时时间，单位为second，超过这个时间锁会自动释放，避免死锁。

delete

delete key
删除key

实现方式

1. bug示例:

   Jedis client = jedisPool.getResource();
   //当前锁空闲
    if(client.setnx("lockResource"，value) == 0){
        //设置锁时间 
        client.expire("",expire);
    }
   

   存在问题解析：

   在对锁的操作不具有原子性，（加锁和时间设置）。当出现进程在设置时间时候崩溃错误问题，锁将永远保存，不主动处理。

2. 不推荐示例，将过期+当前时间戳时间设置为value，通过比对来设置锁

   public boolean lock(String key, long expire, long acquireTimeout) {
       Jedis conn = null;
       String retIdentifier = null;
       try {
           // 获取连接
           conn = jedisPool.getResource();
           long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
           while (System.currentTimeMillis() < end) {
               //锁的时间
               long lockExpire = System.currentTimeMillis() + expire;
               if (conn.setnx(key, String.valueOf(lockExpire)) == 1) {
                   return true;
               }
               String currentLockExpire = conn.get(key);
               //锁过期
               if (lockExpire < System.currentTimeMillis()) {
                   //获取上一个所的时间并设置新时间
                   String oldLockExpire = conn.getSet(key, String.valueOf(lockExpire));
                   if (currentLockExpire.equals(oldLockExpire)) {
                       return true;
                   }
               }
           }
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
       return false;
   }
   

   存在问题解析：

   • 需要分布式下每个客户端的时间保持一致；
   • 锁快过期时，多个客户端同时执行getSet，虽然最终只有一个客户端可以加锁，但该客户端锁的过期时间可能被其他客户端覆盖；
   • 不具备拥有者标识，任何客户端都可以解锁。

3. 最终解决方案

   Jedis conn = jedisPool.getResource();
   // SET IF NOT EXIST，而且还是原子的操作成功，返回“OK”，否则返回null
   conn.set(key, value, "NX", "EX", expireSeconds); 
   

4. 解锁

   • del：用于删除已存在的键
   • pttl：以毫秒为单位返回key的剩余过期时间

   bug示例

   public boolean unlock(String key){
       if(1==conn.redis.del(key)){
          return ture; 
       }
       return false;
   }
   

   错误分析：

   ​ 不具备拥有者标识，谁都可以删掉。

   进阶修改：增加一个返回value如果一致则删除

   public boolean unlockPlus(String key,String localValue){
       if(localValue=conn.get(key)){
           //存在的问题是:此时key过期了被其他进程刚锁定，就有可能其他进程的锁被删掉。
           if(1==conn.redis.del(key)){
         		return ture; 
       	}
       }
       return false;
   }
   

   错误分析：

   ​ 不具备原则性

   最终版本：

   
   public boolean compareAndDel(final String key, final String value) {
       return execute(new JedisAction<Boolean>() {
           String lua = "   local val = redis.call('get', KEYS[1])\n" +
               "             if val == ARGV[1] then\n" +
               "             redis.call('del', KEYS[1])\n" +
               "             return true\n" +
               "             end";
           /**
           lua 脚本保证一系列操作的原子性
            local val = redis.call('get', KEYS[1])
            if val == ARGV[1] then
            redis.call('del', KEYS[1])
            return true
            end
            */
           @Override
           public Boolean action(Jedis jedis) {
               conn.evalsha(jedis.scriptLoad(lua),
                            Lists.newArrayList(key),Lists.newArrayList(value));
               return true;
           }
       });
   }
   

   解释：

   通过redis里eval命令操作lua代码，这样可以确保在解锁时保持原子性，而不会因为进程的崩溃导致解锁失败

锁到期

那么对应到锁的应用上也是这样，当占有锁的时间快到了但是此时业务未处理完，可以延长锁的过期时间，即锁支持可重入。

节点挂掉

当主节点还没有数据同步就挂掉：当在集群上实现分布式锁的时候，master节点宕机且数据未同步至slave节点时，此时就会出现多个客户端拥有一把锁的情况，违背分布式锁机制互斥性。

解决：
多个主节点冗余，核心思想是同时使用多个Redis Master来冗余，且这些节点是完全独立的，也不需要对这些节点之间的数据进行同步。获取集群中多数master节点上的锁，同时全部获取，否则全部释放。

参考：公众号：IT界农民工