spring boot redis分布式锁 (转)

一. Redis 分布式锁的实现以及存在的问题

锁是针对某个资源,保证其访问的互斥性,在实际使用当中,这个资源一般是一个字符串。使用 Redis 实现锁,主要是将资源放到 Redis 当中,利用其原子性,当其他线程访问时,如果 Redis 中已经存在这个资源,就不允许之后的一些操作。spring boot使用 Redis 的操作主要是通过 RedisTemplate 来实现,一般步骤如下:

1.将锁资源放入 Redis (注意是当key不存在时才能放成功,所以使用 setIfAbsent 方法):

redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("key", "value");

2.设置过期时间

redisTemplate.expire("key", 30000, TimeUnit.MILLISECONDS);

3.释放锁

redisTemplate.delete("key");

一般情况下,这样的实现就能够满足锁的需求了,但是如果在调用 setIfAbsent 方法之后线程挂掉了,即没有给锁定的资源设置过期时间,默认是永不过期,那么这个锁就会一直存在。所以需要保证设置锁及其过期时间两个操作的原子性,spring data的 RedisTemplate 当中并没有这样的方法。但是在jedis当中是有这种原子操作的方法的,需要通过 RedisTemplate 的 execute 方法获取到jedis里操作命令的对象,代码如下:

String result = redisTemplate.execute(new RedisCallback<String>() {

 @Override

 public String doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {

  JedisCommands commands = (JedisCommands) connection.getNativeConnection();

  return commands.set(key, "锁定的资源", "NX", "PX", expire);

 }

});

注意: Redis 从2.6.12版本开始 set 命令支持 NX 、 PX 这些参数来达到 setnx 、 setex 、 psetex 命令的效果,文档参见: http://doc.redisfans.com/string/set.html

NX: 表示只有当锁定资源不存在的时候才能 SET 成功。利用 Redis 的原子性,保证了只有第一个请求的线程才能获得锁,而之后的所有线程在锁定资源被释放之前都不能获得锁。

PX: expire 表示锁定的资源的自动过期时间,单位是毫秒。具体过期时间根据实际场景而定

这样在获取锁的时候就能够保证设置 Redis 值和过期时间的原子性,避免前面提到的两次 Redis 操作期间出现意外而导致的锁不能释放的问题。但是这样还是可能会存在一个问题,考虑如下的场景顺序:

  • 线程T1获取锁
  • 线程T1执行业务操作,由于某些原因阻塞了较长时间
  • 锁自动过期,即锁自动释放了
  • 线程T2获取锁
  • 线程T1业务操作完毕,释放锁(其实是释放的线程T2的锁)

按照这样的场景顺序,线程T2的业务操作实际上就没有锁提供保护机制了。所以,每个线程释放锁的时候只能释放自己的锁,即锁必须要有一个拥有者的标记,并且也需要保证释放锁的原子性操作。

因此在获取锁的时候,可以生成一个随机不唯一的串放入当前线程中,然后再放入 Redis 。释放锁的时候先判断锁对应的值是否与线程中的值相同,相同时才做删除操作。

Redis 从2.6.0开始通过内置的 Lua 解释器,可以使用 EVAL 命令对 Lua 脚本进行求值,文档参见: http://doc.redisfans.com/script/eval.html

因此我们可以通过 Lua 脚本来达到释放锁的原子操作,定义 Lua 脚本如下:

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then

    return redis.call("del",KEYS[1])

else

    return 0

end

具体意思可以参考上面提供的文档地址

使用 RedisTemplate 执行的代码如下:

// 使用Lua脚本删除Redis中匹配value的key,可以避免由于方法执行时间过长而redis锁自动过期失效的时候误删其他线程的锁

// spring自带的执行脚本方法中,集群模式直接抛出不支持执行脚本的异常,所以只能拿到原redis的connection来执行脚本

Long result = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Long>() {

 public Long doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {

  Object nativeConnection = connection.getNativeConnection();

  // 集群模式和单机模式虽然执行脚本的方法一样,但是没有共同的接口,所以只能分开执行

  // 集群模式

  if (nativeConnection instanceof JedisCluster) {

   return (Long) ((JedisCluster) nativeConnection).eval(UNLOCK_LUA, keys, args);

  }

 

  // 单机模式

  else if (nativeConnection instanceof Jedis) {

   return (Long) ((Jedis) nativeConnection).eval(UNLOCK_LUA, keys, args);

  }

  return 0L;

 }

});

代码中分为集群模式和单机模式,并且两者的方法、参数都一样,原因是spring封装的执行脚本的方法中( RedisConnection 接口继承于 RedisScriptingCommands 接口的 eval 方法),集群模式的方法直接抛出了不支持执行脚本的异常(虽然实际是支持的),所以只能拿到 Redis 的connection来执行脚本,而 JedisCluster 和 Jedis 中的方法又没有实现共同的接口,所以只能分开调用。

spring封装的集群模式执行脚本方法源码:

# JedisClusterConnection.java

/**

 * (non-Javadoc)

 * @see org.springframework.data.redis.connection.RedisScriptingCommands#eval(byte[], org.springframework.data.redis.connection.ReturnType, int, byte[][])

 */

@Override

public <T> T eval(byte[] script, ReturnType returnType, int numKeys, byte[]... keysAndArgs) {

 throw new InvalidDataAccessApiUsageException("Eval is not supported in cluster environment.");

}

至此,我们就完成了一个相对可靠的 Redis 分布式锁,但是,在集群模式的极端情况下,还是可能会存在一些问题,比如如下的场景顺序( 本文暂时不深入开展 ):

  • 线程T1获取锁成功
  • Redis 的master节点挂掉,slave自动顶上
  • 线程T2获取锁,会从slave节点上去判断锁是否存在,由于Redis的master slave复制是异步的,所以此时线程T2可能成功获取到锁

为了可以以后扩展为使用其他方式来实现分布式锁,定义了接口和抽象类,所有的源码如下:

# DistributedLock.java 顶级接口

/**

 * @author fuwei.deng

 * @date 2017年6月14日 下午3:11:05

 * @version 1.0.0

 */

public interface DistributedLock {

 

 public static final long TIMEOUT_MILLIS = 30000;

 

 public static final int RETRY_TIMES = Integer.MAX_VALUE;

 

 public static final long SLEEP_MILLIS = 500;

 

 public boolean lock(String key);

 

 public boolean lock(String key, int retryTimes);

 

 public boolean lock(String key, int retryTimes, long sleepMillis);

 

 public boolean lock(String key, long expire);

 

 public boolean lock(String key, long expire, int retryTimes);

 

 public boolean lock(String key, long expire, int retryTimes, long sleepMillis);

 

 public boolean releaseLock(String key);

}

 

# AbstractDistributedLock.java 抽象类,实现基本的方法,关键方法由子类去实现

/**

 * @author fuwei.deng

 * @date 2017年6月14日 下午3:10:57

 * @version 1.0.0

 */

public abstract class AbstractDistributedLock implements DistributedLock {

 

 @Override

 public boolean lock(String key) {

  return lock(key, TIMEOUT_MILLIS, RETRY_TIMES, SLEEP_MILLIS);

 }

 

 @Override

 public boolean lock(String key, int retryTimes) {

  return lock(key, TIMEOUT_MILLIS, retryTimes, SLEEP_MILLIS);

 }

 

 @Override

 public boolean lock(String key, int retryTimes, long sleepMillis) {

  return lock(key, TIMEOUT_MILLIS, retryTimes, sleepMillis);

 }

 

 @Override

 public boolean lock(String key, long expire) {

  return lock(key, expire, RETRY_TIMES, SLEEP_MILLIS);

 }

 

 @Override

 public boolean lock(String key, long expire, int retryTimes) {

  return lock(key, expire, retryTimes, SLEEP_MILLIS);

 }

 

}

 

# RedisDistributedLock.java Redis分布式锁的实现

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.UUID;

 

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

import org.springframework.dao.DataAccessException;

import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;

import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

import org.springframework.util.StringUtils;

 

import redis.clients.jedis.Jedis;

import redis.clients.jedis.JedisCluster;

import redis.clients.jedis.JedisCommands;

 

/**

 * @author fuwei.deng

 * @date 2017年6月14日 下午3:11:14

 * @version 1.0.0

 */

public class RedisDistributedLock extends AbstractDistributedLock {

 

 private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisDistributedLock.class);

 

 private RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate;

 

 private ThreadLocal<String> lockFlag = new ThreadLocal<String>();

 

 public static final String UNLOCK_LUA;

 

    static {

        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        sb.append("if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] ");

        sb.append("then ");

        sb.append("    return redis.call(\"del\",KEYS[1]) ");

        sb.append("else ");

        sb.append("    return 0 ");

        sb.append("end ");

        UNLOCK_LUA = sb.toString();

    }

 

 public RedisDistributedLock(RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate) {

  super();

  this.redisTemplate = redisTemplate;

 }

 

 @Override

 public boolean lock(String key, long expire, int retryTimes, long sleepMillis) {

  boolean result = setRedis(key, expire);

  // 如果获取锁失败,按照传入的重试次数进行重试

  while((!result) && retryTimes-- > 0){

   try {

    logger.debug("lock failed, retrying..." + retryTimes);

    Thread.sleep(sleepMillis);

   } catch (InterruptedException e) {

    return false;

   }

   result = setRedis(key, expire);

  }

  return result;

 }

 

 private boolean setRedis(String key, long expire) {

  try {

   String result = redisTemplate.execute(new RedisCallback<String>() {

    @Override

    public String doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {

     JedisCommands commands = (JedisCommands) connection.getNativeConnection();

     String uuid = UUID.randomUUID().toString();

     lockFlag.set(uuid);

     return commands.set(key, uuid, "NX", "PX", expire);

    }

   });

   return !StringUtils.isEmpty(result);

  } catch (Exception e) {

   logger.error("set redis occured an exception", e);

  }

  return false;

 }

 

 @Override

 public boolean releaseLock(String key) {

  // 释放锁的时候,有可能因为持锁之后方法执行时间大于锁的有效期,此时有可能已经被另外一个线程持有锁,所以不能直接删除

  try {

   List<String> keys = new ArrayList<String>();

   keys.add(key);

   List<String> args = new ArrayList<String>();

   args.add(lockFlag.get());

 

   // 使用lua脚本删除redis中匹配value的key,可以避免由于方法执行时间过长而redis锁自动过期失效的时候误删其他线程的锁

   // spring自带的执行脚本方法中,集群模式直接抛出不支持执行脚本的异常,所以只能拿到原redis的connection来执行脚本

 

   Long result = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Long>() {

    public Long doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {

     Object nativeConnection = connection.getNativeConnection();

     // 集群模式和单机模式虽然执行脚本的方法一样,但是没有共同的接口,所以只能分开执行

     // 集群模式

     if (nativeConnection instanceof JedisCluster) {

      return (Long) ((JedisCluster) nativeConnection).eval(UNLOCK_LUA, keys, args);

     }

 

     // 单机模式

     else if (nativeConnection instanceof Jedis) {

      return (Long) ((Jedis) nativeConnection).eval(UNLOCK_LUA, keys, args);

     }

     return 0L;

    }

   });

 

   return result != null && result > 0;

  } catch (Exception e) {

   logger.error("release lock occured an exception", e);

  }

  return false;

 }

 

}

 

二. 基于 AOP 的 Redis 分布式锁

在实际的使用过程中,分布式锁可以封装好后使用在方法级别,这样就不用每个地方都去获取锁和释放锁,使用起来更加方便。

  • 首先定义个注解:
import java.lang.annotation.ElementType;

import java.lang.annotation.Inherited;

import java.lang.annotation.Retention;

import java.lang.annotation.RetentionPolicy;

import java.lang.annotation.Target;

 

/**

 * @author fuwei.deng

 * @date 2017年6月14日 下午3:10:36

 * @version 1.0.0

 */

@Target({ElementType.METHOD})

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

@Inherited

public @interface RedisLock {

 

 /** 锁的资源,redis的key*/

 String value() default "default";

 

 /** 持锁时间,单位毫秒*/

 long keepMills() default 30000;

 

 /** 当获取失败时候动作*/

 LockFailAction action() default LockFailAction.CONTINUE;

 

 public enum LockFailAction{

        /** 放弃 */

        GIVEUP,

        /** 继续 */

        CONTINUE;

    }

 

 /** 重试的间隔时间,设置GIVEUP忽略此项*/

    long sleepMills() default 200;

    

    /** 重试次数*/

    int retryTimes() default 5;

}
  • 装配分布式锁的bean
import org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigureAfter;

import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnBean;

import org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisAutoConfiguration;

import org.springframework.context.annotation.Bean;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

 

import com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.lock.DistributedLock;

import com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.lock.RedisDistributedLock;

 

/**

 * @author fuwei.deng

 * @date 2017年6月14日 下午3:11:31

 * @version 1.0.0

 */

@Configuration

@AutoConfigureAfter(RedisAutoConfiguration.class)

public class DistributedLockAutoConfiguration {

 

 @Bean

 @ConditionalOnBean(RedisTemplate.class)

 public DistributedLock redisDistributedLock(RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate){

  return new RedisDistributedLock(redisTemplate);

 }

 

}

定义切面(spring boot配置方式)
import java.lang.reflect.Method;

import java.util.Arrays;

 

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;

import org.aspectj.lang.annotation.Around;

import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;

import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;

import org.aspectj.lang.reflect.MethodSignature;

import org.slf4j.Logger;

import org.slf4j.LoggerFactory;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;

import org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigureAfter;

import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnClass;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import org.springframework.util.StringUtils;

 

import com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.annotations.RedisLock;

import com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.annotations.RedisLock.LockFailAction;

import com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.lock.DistributedLock;

 

/**

 * @author fuwei.deng

 * @date 2017年6月14日 下午3:11:22

 * @version 1.0.0

 */

@Aspect

@Configuration

@ConditionalOnClass(DistributedLock.class)

@AutoConfigureAfter(DistributedLockAutoConfiguration.class)

public class DistributedLockAspectConfiguration {

 

 private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DistributedLockAspectConfiguration.class);

 

 @Autowired

 private DistributedLock distributedLock;

 

 @Pointcut("@annotation(com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.annotations.RedisLock)")

 private void lockPoint(){

 

 }

 

 @Around("lockPoint()")

 public Object around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable{

  Method method = ((MethodSignature) pjp.getSignature()).getMethod();

  RedisLock redisLock = method.getAnnotation(RedisLock.class);

  String key = redisLock.value();

  if(StringUtils.isEmpty(key)){

   Object[] args = pjp.getArgs();

   key = Arrays.toString(args);

  }

  int retryTimes = redisLock.action().equals(LockFailAction.CONTINUE) ? redisLock.retryTimes() : 0;

  boolean lock = distributedLock.lock(key, redisLock.keepMills(), retryTimes, redisLock.sleepMills());

  if(!lock) {

   logger.debug("get lock failed : " + key);

   return null;

  }

 

  //得到锁,执行方法,释放锁

  logger.debug("get lock success : " + key);

  try {

   return pjp.proceed();

  } catch (Exception e) {

   logger.error("execute locked method occured an exception", e);

  } finally {

   boolean releaseResult = distributedLock.releaseLock(key);

   logger.debug("release lock : " + key + (releaseResult ? " success" : " failed"));

  }

  return null;

 }

}
  • spring boot starter还需要在 resources/META-INF 中添加 spring.factories 文件
# Auto Configure

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\

com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.DistributedLockAutoConfiguration,\

com.itopener.lock.redis.spring.boot.autoconfigure.DistributedLockAspectConfiguration

这样封装之后,使用spring boot开发的项目,直接依赖这个starter,就可以在方法上加 RedisLock 注解来实现分布式锁的功能了,当然如果需要自己控制,直接注入分布式锁的bean即可

@Autowired

private DistributedLock distributedLock;

如果需要使用其他的分布式锁实现,继承 AbstractDistributedLock 后实现获取锁和释放锁的方法即可

 

转自: https://my.oschina.net/dengfuwei/blog/1600681

posted @ 2019-02-22 15:43  加肥猫咪  阅读(...)  评论(...编辑  收藏