在公司的項(xiàng)目中用到了分布式鎖褥伴，但只會(huì)用卻不明白其中的規(guī)則
所以寫一篇文章來記錄
使用場景：交易服務(wù)蟹地，使用redis分布式鎖挫剑，防止重復(fù)提交訂單贯莺，出現(xiàn)超賣問題
分布式鎖應(yīng)該具備哪些條件
- 在分布式系統(tǒng)環(huán)境下风喇，一個(gè)方法在同一時(shí)間只能被一個(gè)機(jī)器的一個(gè)線程執(zhí)行
- 高可用的獲取鎖與釋放鎖
- 高性能的獲取鎖與釋放鎖
- 具備可重入特性（可理解為重新進(jìn)入，由多于一個(gè)任務(wù)并發(fā)使用缕探，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)錯(cuò)誤）
- 具備鎖失效機(jī)制魂莫，防止死鎖
- 具備非阻塞鎖特性，即沒有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗
分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式
- 基于數(shù)據(jù)庫樂觀鎖/悲觀鎖
- Redis分布式鎖（本文）：利用
setnx命令爹耗。此命令是原子性操作耙考，只有key不存在的情況下，才能set潭兽，就意味著線程獲取到了鎖 - Zookeeper分布式鎖：利用 Zookeeper 的順序臨時(shí)節(jié)點(diǎn)琳骡，來實(shí)現(xiàn)分布式鎖和等待隊(duì)列。Zookeeper 設(shè)計(jì)的初衷讼溺，就是為了實(shí)現(xiàn)分布式鎖服務(wù)的
- Memcached：利用
add命令。此命令是原子性操作最易，只有key不存在的情況下怒坯，才能add，也就意味著線程獲取到了鎖
redis是如何實(shí)現(xiàn)加鎖的藻懒？
在redis中剔猿，有一條命令，實(shí)現(xiàn)鎖
SETNX key value
該命令的作用是將 key 的值設(shè)為 value 嬉荆，當(dāng)且僅當(dāng) key 不存在归敬。若給定的 key 已經(jīng)存在，則 SETNX 不做任何動(dòng)作。設(shè)置成功汪茧，返回 1 椅亚；設(shè)置失敗，返回 0
使用 redis 來實(shí)現(xiàn)鎖的邏輯就是這樣的
線程 1 獲取鎖 -- > setnx lockKey lockvalue
-- > 1 獲取鎖成功
線程 2 獲取鎖 -- > setnx lockKey lockvalue
-- > 0 獲取鎖失敗 （繼續(xù)等待舱污，或者其他邏輯）
線程 1 釋放鎖 -- >
線程 2 獲取鎖 -- > setnx lockKey lockvalue
-- > 1 獲取成功
接下來我們將基于springboot實(shí)現(xiàn)redis分布式鎖
1. 引入redis呀舔、springmvc、lombok依賴
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<groupId>cn.miao.redis</groupId>
<artifactId>springboot-caffeine-demo</artifactId>
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<name>springboot-redis-lock-demo</name>
<description>Demo project for Redis Distribute Lock</description>
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<java.version>1.8</java.version>
</properties>
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<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
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<!--redis-->
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<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
<version>2.1.4.RELEASE</version>
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<!--springMvc-->
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<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
<version>2.3.3.RELEASE</version>
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<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
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<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
2. 新建RedisDistributedLock.java并書寫加鎖解鎖邏輯
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisStringCommands;
import org.springframework.data.redis.connection.ReturnType;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.types.Expiration;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
/**
* @author miao
* redis 加鎖工具類
*/
@Slf4j
public class RedisDistributedLock {
/**
* 超時(shí)時(shí)間
*/
private static final long TIMEOUT_MILLIS = 15000;
/**
* 重試次數(shù)
*/
private static final int RETRY_TIMES = 10;
/***
* 睡眠時(shí)間
*/
private static final long SLEEP_MILLIS = 500;
/**
* 用來加鎖的lua腳本
* 因?yàn)樾掳娴膔edis加鎖操作已經(jīng)為原子性操作
* 所以放棄使用lua腳本
*/
private static final String LOCK_LUA =
"if redis.call(\"setnx\",KEYS[1],ARGV[1]) == 1 " +
"then " +
" return redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) " +
"else " +
" return 0 " +
"end";
/**
* 用來釋放分布式鎖的lua腳本
* 如果redis.get(KEYS[1]) == ARGV[1],則redis delete KEYS[1]
* 否則返回0
* KEYS[1] , ARGV[1] 是參數(shù)扩灯，我們只調(diào)用的時(shí)候 傳遞這兩個(gè)參數(shù)就可以了
* KEYS[1] 主要用來傳遞在redis 中用作key值的參數(shù)
* ARGV[1] 主要用來傳遞在redis中用做 value值的參數(shù)
*/
private static final String UNLOCK_LUA =
"if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] "
+ "then "
+ " return redis.call(\"del\",KEYS[1]) "
+ "else "
+ " return 0 "
+ "end ";
/**
* 檢查 redisKey 是否上鎖
*
* @param redisKey redisKey
* @param template template
* @return Boolean
*/
public static Boolean isLock(String redisKey, String value, RedisTemplate<Object, Object> template) {
return lock(redisKey, value, template, RETRY_TIMES);
}
private static Boolean lock(String redisKey,
String value,
RedisTemplate<Object, Object> template,
int retryTimes) {
boolean result = lockKey(redisKey, value, template);
while (!(result) && retryTimes-- > 0) {
try {
log.debug("lock failed, retrying...{}", retryTimes);
Thread.sleep(RedisDistributedLock.SLEEP_MILLIS);
} catch (InterruptedException e) {
return false;
}
result = lockKey(redisKey, value, template);
}
return result;
}
private static Boolean lockKey(final String key,
final String value,
RedisTemplate<Object, Object> template) {
try {
RedisCallback<Boolean> callback = (connection) -> connection.set(
key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8),
value.getBytes(StandardCharsets.UTF_8),
Expiration.milliseconds(RedisDistributedLock.TIMEOUT_MILLIS),
RedisStringCommands.SetOption.SET_IF_ABSENT
);
return template.execute(callback);
} catch (Exception e) {
log.info("lock key fail because of ", e);
}
return false;
}
/**
* 釋放分布式鎖資源
*
* @param redisKey key
* @param value value
* @param template redis
* @return Boolean
*/
public static Boolean releaseLock(String redisKey,
String value,
RedisTemplate<Object, Object> template) {
try {
RedisCallback<Boolean> callback = (connection) -> connection.eval(
UNLOCK_LUA.getBytes(),
ReturnType.BOOLEAN,
1,
redisKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8),
value.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)
);
return template.execute(callback);
} catch (Exception e) {
log.info("release lock fail because of ", e);
}
return false;
}
}
補(bǔ)充：
1. spring-data-redis 有StringRedisTempla和RedisTemplate兩種媚赖，但是我選擇了RedisTemplate，因?yàn)樗容^萬能珠插。他們的區(qū)別是：當(dāng)你的redis數(shù)據(jù)庫里面本來存的是字符串?dāng)?shù)據(jù)或者你要存取的數(shù)據(jù)就是字符串類型數(shù)據(jù)的時(shí)候惧磺，那么你就使用StringRedisTemplate即可， 但是如果你的數(shù)據(jù)是復(fù)雜的對(duì)象類型捻撑，而取出的時(shí)候又不想做任何的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換磨隘，直接從Redis里面取出一個(gè)對(duì)象，那么使用RedisTemplate是 更好的選擇布讹。
2. 選擇lua腳本是因?yàn)榱帐茫_本運(yùn)行是原子性的，在腳本運(yùn)行期間沒有客戶端可以操作描验，所以在釋放鎖的時(shí)候用了lua腳本白嘁，
而redis最新版加鎖時(shí)保證了Redis值和自動(dòng)過期時(shí)間的原子性，所用沒用lua腳本
3. 創(chuàng)建測試類 TestController
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
/**
* @author miao
*/
@RestController
@Slf4j
public class TestController {
@Resource
private RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate;
@PostMapping("/order")
public String createOrder() throws InterruptedException {
log.info("開始創(chuàng)建訂單");
Boolean isLock = RedisDistributedLock.isLock("testLock", "456789", redisTemplate);
if (!isLock) {
log.info("鎖已經(jīng)被占用");
return "fail";
} else {
//.....處理邏輯
}
Thread.sleep(10000);
//一定要記得釋放鎖膘流，否則會(huì)出現(xiàn)問題
RedisDistributedLock.releaseLock("testLock", "456789", redisTemplate);
return "success";
}
}
4. 使用postman進(jìn)行測試
在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述
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5. redis分布式鎖的缺點(diǎn)
上面我們說的是redis絮缅，是單點(diǎn)的情況。如果是在redis sentinel集群中情況就有所不同了呼股。在redis sentinel集群中耕魄，我們具有多臺(tái)redis，他們之間有著主從的關(guān)系彭谁，例如一主二從吸奴。我們的set命令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寫到主庫，然后同步到從庫缠局。當(dāng)我們申請(qǐng)一個(gè)鎖的時(shí)候则奥，對(duì)應(yīng)就是一條命令
setnx mykey myvalue，在redis sentinel集群中狭园，這條命令先是落到了主庫读处。假設(shè)這時(shí)主庫down了，而這條數(shù)據(jù)還沒來得及同步到從庫唱矛，sentinel將從庫中的一臺(tái)選舉為主庫了罚舱。這時(shí)井辜，我們的新主庫中并沒有mykey這條數(shù)據(jù)，若此時(shí)另外一個(gè)client執(zhí)行setnx mykey hisvalue, 也會(huì)成功管闷，即也能得到鎖粥脚。這就意味著，此時(shí)有兩個(gè)client獲得了鎖渐北。這不是我們希望看到的阿逃，雖然這個(gè)情況發(fā)生的記錄很小，只會(huì)在主從failover的時(shí)候才會(huì)發(fā)生赃蛛，大多數(shù)情況下恃锉、大多數(shù)系統(tǒng)都可以容忍，但是不是所有的系統(tǒng)都能容忍這種瑕疵呕臂。
6.redis分布式鎖的優(yōu)化
為了解決故障轉(zhuǎn)移情況下的缺陷破托，Antirez 發(fā)明了 Redlock 算法，使用redlock算法歧蒋，需要多個(gè)redis實(shí)例土砂，加鎖的時(shí)候，它會(huì)想多半節(jié)點(diǎn)發(fā)送
setex mykey myvalue命令谜洽，只要過半節(jié)點(diǎn)成功了萝映，那么就算加鎖成功了。釋放鎖的時(shí)候需要想所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送del命令阐虚。這是一種基于【大多數(shù)都同意】的一種機(jī)制序臂。感興趣的可以查詢相關(guān)資料。在實(shí)際工作中使用的時(shí)候实束，我們可以選擇已有的開源實(shí)現(xiàn)奥秆，python有redlock-py咸灿，java 中有Redisson redlock构订。redlock確實(shí)解決了上面所說的“不靠譜的情況”。但是避矢，它解決問題的同時(shí)悼瘾，也帶來了代價(jià)。你需要多個(gè)redis實(shí)例审胸，你需要引入新的庫 代碼也得調(diào)整分尸，性能上也會(huì)有損。所以歹嘹，果然是不存在“完美的解決方案”，我們更需要的是能夠根據(jù)實(shí)際的情況和條件把問題解決了就好孔庭。
至此尺上，我大致講清楚了redis分布式鎖方面的問題（日后如果有新的領(lǐng)悟就繼續(xù)更新）材蛛。
** 分布式鎖對(duì)比**
數(shù)據(jù)庫分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：
- db操作性能較差，并且有鎖表的風(fēng)險(xiǎn)
- 非阻塞操作失敗后怎抛，需要輪詢卑吭，占用cpu資源
- 長時(shí)間不commit或者長時(shí)間輪詢，可能會(huì)占用較多連接資源
Redis分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：
- 鎖刪除失敗 過期時(shí)間不好控制
- 非阻塞马绝，操作失敗后豆赏，需要輪詢，占用cpu資源
ZK分布式鎖實(shí)現(xiàn)
缺點(diǎn)：
- 性能不如redis實(shí)現(xiàn)富稻，主要原因是寫操作（獲取鎖釋放鎖）都需要在Leader上執(zhí)行掷邦，然后同步到follower。
總結(jié)
從理解的難易程度角度（從低到高）數(shù)據(jù)庫 > Redis >Zookeeper
從實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性角度（從低到高）Zookeeper >= Redis > 數(shù)據(jù)庫
從性能角度（從高到低）緩存 > Zookeeper >= 數(shù)據(jù)庫
從可靠性角度（從高到低）Zookeeper > Redis > 數(shù)據(jù)庫
