背景
在很多互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用中刻蟹，有些場景需要加鎖處理，比如：秒殺觉渴，全局遞增ID介劫，樓層生成等等徽惋。大部分的解決方案是基于DB實現(xiàn)的案淋，Redis為單進程單線程模式，采用隊列模式將并發(fā)訪問變成串行訪問险绘，且多客戶端對Redis的連接并不存在競爭關(guān)系踢京。其次Redis提供一些命令SETNX誉碴，GETSET，可以方便實現(xiàn)分布式鎖機制瓣距。
Redis命令介紹
使用Redis實現(xiàn)分布式鎖黔帕，有兩個重要函數(shù)需要介紹
SETNX命令（SET if Not eXists）
語法：
SETNX key value
功能：
當(dāng)且僅當(dāng) key 不存在，將 key 的值設(shè)為 value 蹈丸，并返回1成黄；若給定的 key 已經(jīng)存在，則 SETNX 不做任何動作逻杖，并返回0奋岁。
GETSET命令
語法：
GETSET key value
功能：
將給定 key 的值設(shè)為 value ，并返回 key 的舊值 (old value)荸百，當(dāng) key 存在但不是字符串類型時闻伶，返回一個錯誤，當(dāng)key不存在時够话，返回nil蓝翰。
GET命令
語法：
GET key
功能：
返回 key 所關(guān)聯(lián)的字符串值，如果 key 不存在那么返回特殊值 nil 女嘲。
DEL命令
語法：
DEL key [KEY …]
功能：
刪除給定的一個或多個 key ,不存在的 key 會被忽略畜份。
兵貴精，不在多欣尼。分布式鎖漂坏，我們就依靠這四個命令。但在具體實現(xiàn)媒至，還有很多細(xì)節(jié)顶别，需要仔細(xì)斟酌，因為在分布式并發(fā)多進程中拒啰，任何一點出現(xiàn)差錯驯绎，都會導(dǎo)致死鎖，hold住所有進程谋旦。
加鎖實現(xiàn)
SETNX 可以直接加鎖操作剩失，比如說對某個關(guān)鍵詞foo加鎖，客戶端可以嘗試
SETNX foo.lock
如果返回1册着，表示客戶端已經(jīng)獲取鎖拴孤，可以往下操作，操作完成后甲捏，通過
DEL foo.lock
命令來釋放鎖演熟。
如果返回0，說明foo已經(jīng)被其他客戶端上鎖，如果鎖是非堵塞的芒粹，可以選擇返回調(diào)用兄纺。如果是堵塞調(diào)用調(diào)用，就需要進入以下個重試循環(huán)化漆，直至成功獲得鎖或者重試超時估脆。理想是美好的，現(xiàn)實是殘酷的。僅僅使用SETNX加鎖帶有競爭條件的，在某些特定的情況會造成死鎖錯誤枫浙。
處理死鎖
在上面的處理方式中，如果獲取鎖的客戶端端執(zhí)行時間過長棺聊，進程被kill掉，或者因為其他異常崩潰贞谓，導(dǎo)致無法釋放鎖限佩，就會造成死鎖。所以裸弦，需要對加鎖要做時效性檢測祟同。因此，我們在加鎖時理疙，把當(dāng)前時間戳作為value存入此鎖中晕城，通過當(dāng)前時間戳和Redis中的時間戳進行對比，如果超過一定差值窖贤，認(rèn)為鎖已經(jīng)時效砖顷，防止鎖無限期的鎖下去，但是赃梧，在大并發(fā)情況滤蝠，如果同時檢測鎖失效，并簡單粗暴的刪除死鎖授嘀，再通過SETNX上鎖物咳，可能會導(dǎo)致競爭條件的產(chǎn)生，即多個客戶端同時獲取鎖蹄皱。
C1獲取鎖览闰，并崩潰。C2和C3調(diào)用SETNX上鎖返回0后巷折，獲得foo.lock的時間戳压鉴，通過比對時間戳，發(fā)現(xiàn)鎖超時锻拘。
C2 向foo.lock發(fā)送DEL命令油吭。
C2 向foo.lock發(fā)送SETNX獲取鎖。
C3 向foo.lock發(fā)送DEL命令，此時C3發(fā)送DEL時上鞠，其實DEL掉的是C2的鎖际邻。
C3 向foo.lock發(fā)送SETNX獲取鎖芯丧。
此時C2和C3都獲取了鎖芍阎，產(chǎn)生競爭條件，如果在更高并發(fā)的情況缨恒，可能會有更多客戶端獲取鎖谴咸。所以，DEL鎖的操作骗露，不能直接使用在鎖超時的情況下岭佳，幸好我們有GETSET方法，假設(shè)我們現(xiàn)在有另外一個客戶端C4萧锉，看看如何使用GETSET方式珊随，避免這種情況產(chǎn)生。
C1獲取鎖柿隙，并崩潰叶洞。C2和C3調(diào)用SETNX上鎖返回0后，調(diào)用GET命令獲得foo.lock的時間戳T1禀崖，通過比對時間戳衩辟，發(fā)現(xiàn)鎖超時。
C4 向foo.lock發(fā)送GESET命令波附，
GETSET foo.lock
并得到foo.lock中老的時間戳T2
如果T1=T2艺晴，說明C4獲得時間戳。
如果T1!=T2掸屡，說明C4之前有另外一個客戶端C5通過調(diào)用GETSET方式獲取了時間戳封寞，C4未獲得鎖。只能sleep下仅财，進入下次循環(huán)中钥星。
現(xiàn)在唯一的問題是，C4設(shè)置foo.lock的新時間戳满着，是否會對鎖產(chǎn)生影響谦炒。其實我們可以看到C4和C5執(zhí)行的時間差值極小，并且寫入foo.lock中的都是有效時間錯风喇，所以對鎖并沒有影響宁改。
為了讓這個鎖更加強壯，獲取鎖的客戶端魂莫，應(yīng)該在調(diào)用關(guān)鍵業(yè)務(wù)時还蹲，再次調(diào)用GET方法獲取T1，和寫入的T0時間戳進行對比，以免鎖因其他情況被執(zhí)行DEL意外解開而不知谜喊。以上步驟和情況潭兽，很容易從其他參考資料中看到《范簦客戶端處理和失敗的情況非常復(fù)雜山卦，不僅僅是崩潰這么簡單，還可能是客戶端因為某些操作被阻塞了相當(dāng)長時間诵次，緊接著 DEL 命令被嘗試執(zhí)行(但這時鎖卻在另外的客戶端手上)账蓉。也可能因為處理不當(dāng)，導(dǎo)致死鎖逾一。還有可能因為sleep設(shè)置不合理铸本，導(dǎo)致Redis在大并發(fā)下被壓垮。最為常見的問題還有
GET返回nil時應(yīng)該走那種邏輯遵堵？
第一種走超時邏輯
C1客戶端獲取鎖箱玷，并且處理完后，DEL掉鎖陌宿，在DEL鎖之前锡足。C2通過SETNX向foo.lock設(shè)置時間戳T0 發(fā)現(xiàn)有客戶端獲取鎖，進入GET操作限番。
C2 向foo.lock發(fā)送GET命令舱污，獲取返回值T1(nil)。
C2 通過T0>T1+expire對比弥虐，進入GETSET流程扩灯。
C2 調(diào)用GETSET向foo.lock發(fā)送T0時間戳，返回foo.lock的原值T2
C2 如果T2=T1相等霜瘪，獲得鎖珠插，如果T2!=T1，未獲得鎖颖对。
第二種情況走循環(huán)走setnx邏輯
C1客戶端獲取鎖捻撑，并且處理完后，DEL掉鎖缤底，在DEL鎖之前顾患。C2通過SETNX向foo.lock設(shè)置時間戳T0 發(fā)現(xiàn)有客戶端獲取鎖，進入GET操作个唧。
C2 向foo.lock發(fā)送GET命令江解，獲取返回值T1(nil)。
C2 循環(huán)徙歼，進入下一次SETNX邏輯
兩種邏輯貌似都是OK犁河，但是從邏輯處理上來說鳖枕，第一種情況存在問題。當(dāng)GET返回nil表示桨螺，鎖是被刪除的宾符，而不是超時，應(yīng)該走SETNX邏輯加鎖灭翔。走第一種情況的問題是魏烫，正常的加鎖邏輯應(yīng)該走SETNX，而現(xiàn)在當(dāng)鎖被解除后缠局，走的是GETST则奥，如果判斷條件不當(dāng)考润，就會引起死鎖狭园，很悲催，我在做的時候就碰到了糊治，具體怎么碰到的看下面的問題
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GETSET返回nil時應(yīng)該怎么處理唱矛？
C1和C2客戶端調(diào)用GET接口，C1返回T1井辜，此時C3網(wǎng)絡(luò)情況更好绎谦，快速進入獲取鎖，并執(zhí)行DEL刪除鎖粥脚，C2返回T2(nil)窃肠，C1和C2都進入超時處理邏輯。
C1 向foo.lock發(fā)送GETSET命令刷允，獲取返回值T11(nil)冤留。
C1 比對C1和C11發(fā)現(xiàn)兩者不同，處理邏輯認(rèn)為未獲取鎖树灶。
C2 向foo.lock發(fā)送GETSET命令纤怒，獲取返回值T22(C1寫入的時間戳)。
C2 比對C2和C22發(fā)現(xiàn)兩者不同天通，處理邏輯認(rèn)為未獲取鎖泊窘。
此時C1和C2都認(rèn)為未獲取鎖，其實C1是已經(jīng)獲取鎖了像寒，但是他的處理邏輯沒有考慮GETSET返回nil的情況烘豹，只是單純的用GET和GETSET值就行對比，至于為什么會出現(xiàn)這種情況诺祸？一種是多客戶端時携悯，每個客戶端連接Redis的后，發(fā)出的命令并不是連續(xù)的序臂，導(dǎo)致從單客戶端看到的好像連續(xù)的命令蚌卤，到Redis server后实束，這兩條命令之間可能已經(jīng)插入大量的其他客戶端發(fā)出的命令，比如DEL,SETNX等逊彭。第二種情況咸灿，多客戶端之間時間不同步，或者不是嚴(yán)格意義的同步侮叮。
時間戳的問題
我們看到foo.lock的value值為時間戳避矢，所以要在多客戶端情況下，保證鎖有效囊榜，一定要同步各服務(wù)器的時間审胸，如果各服務(wù)器間，時間有差異卸勺。時間不一致的客戶端砂沛，在判斷鎖超時，就會出現(xiàn)偏差曙求，從而產(chǎn)生競爭條件碍庵。
鎖的超時與否，嚴(yán)格依賴時間戳悟狱，時間戳本身也是有精度限制静浴，假如我們的時間精度為秒，從加鎖到執(zhí)行操作再到解鎖挤渐，一般操作肯定都能在一秒內(nèi)完成苹享。這樣的話，我們上面的CASE浴麻，就很容易出現(xiàn)得问。所以，最好把時間精度提升到毫秒級白胀。這樣的話椭赋，可以保證毫秒級別的鎖是安全的。
分布式鎖的問題
1：必要的超時機制：獲取鎖的客戶端一旦崩潰或杠，一定要有過期機制哪怔，否則其他客戶端都降無法獲取鎖，造成死鎖問題向抢。
2：分布式鎖认境，多客戶端的時間戳不能保證嚴(yán)格意義的一致性，所以在某些特定因素下挟鸠，有可能存在鎖串的情況叉信。要適度的機制，可以承受小概率的事件產(chǎn)生艘希。
3：只對關(guān)鍵處理節(jié)點加鎖硼身，良好的習(xí)慣是硅急，把相關(guān)的資源準(zhǔn)備好，比如連接數(shù)據(jù)庫后佳遂，調(diào)用加鎖機制獲取鎖营袜，直接進行操作，然后釋放丑罪，盡量減少持有鎖的時間荚板。
4：在持有鎖期間要不要CHECK鎖，如果需要嚴(yán)格依賴鎖的狀態(tài)吩屹，最好在關(guān)鍵步驟中做鎖的CHECK檢查機制跪另，但是根據(jù)我們的測試發(fā)現(xiàn)，在大并發(fā)時煤搜，每一次CHECK鎖操作免绿，都要消耗掉幾個毫秒，而我們的整個持鎖處理邏輯才不到10毫秒宅楞，玩客沒有選擇做鎖的檢查针姿。
5：sleep學(xué)問袱吆，為了減少對Redis的壓力厌衙，獲取鎖嘗試時，循環(huán)之間一定要做sleep操作绞绒。但是sleep時間是多少是門學(xué)問婶希。需要根據(jù)自己的Redis的QPS，加上持鎖處理時間等進行合理計算蓬衡。
6：至于為什么不使用Redis的muti喻杈，expire，watch等機制狰晚，可以查一參考資料筒饰，找下原因。
鎖測試數(shù)據(jù)
未使用sleep
第一種壁晒，鎖重試時未做sleep瓷们。單次請求，加鎖秒咐，執(zhí)行谬晕，解鎖時間
可以看到加鎖和解鎖時間都很快，當(dāng)我們使用
ab -n1000 -c100 'http://sandbox6.wanke.etao.com/test/test_sequence.php?tbpm=t'
AB 并發(fā)100累計1000次請求携取，對這個方法進行壓測時攒钳。
我們會發(fā)現(xiàn)，獲取鎖的時間變成雷滋，同時持有鎖后不撑，執(zhí)行時間也變成文兢，而delete鎖的時間，將近10ms時間焕檬，為什么會這樣禽作？
1：持有鎖后，我們的執(zhí)行邏輯中包含了再次調(diào)用Redis操作揩页，在大并發(fā)情況下旷偿，Redis執(zhí)行明顯變慢。
2：鎖的刪除時間變長爆侣，從之前的0.2ms萍程，變成9.8ms，性能下降近50倍兔仰。
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在這種情況下茫负，我們壓測的QPS為49，最終發(fā)現(xiàn)QPS和壓測總量有關(guān)乎赴，當(dāng)我們并發(fā)100總共100次請求時忍法，QPS得到110多。當(dāng)我們使用sleep時
使用Sleep時
單次執(zhí)行請求時
我們看到榕吼，和不使用sleep機制時饿序，性能相當(dāng)。當(dāng)時用相同的壓測條件進行壓縮時
獲取鎖的時間明顯變長羹蚣，而鎖的釋放時間明顯變短原探，僅是不采用sleep機制的一半。當(dāng)然執(zhí)行時間變成就是因為顽素，我們在執(zhí)行過程中咽弦，重新創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接，導(dǎo)致時間變長的胁出。同時我們可以對比下Redis的命令執(zhí)行壓力情況
上圖中細(xì)高部分是為未采用sleep機制的時的壓測圖型型，矮胖部分為采用sleep機制的壓測圖，通上圖看到壓力減少50%左右全蝶，當(dāng)然闹蒜，sleep這種方式還有個缺點QPS下降明顯，在我們的壓測條件下裸诽，僅為35嫂用，并且有部分請求出現(xiàn)超時情況。不過綜合各種情況后丈冬，我們還是決定采用sleep機制嘱函，主要是為了防止在大并發(fā)情況下把Redis壓垮，很不行埂蕊，我們之前碰到過往弓，所以肯定會采用sleep機制疏唾。
