前言

日常開發(fā)中，秒殺下單缚陷、搶紅包等等業(yè)務(wù)場景适篙，都需要用到分布式鎖。而Redis非常適合作為分布式鎖使用箫爷。本文將分七個(gè)方案展開嚷节，跟大家探討Redis分布式鎖的正確使用方式。如果有不正確的地方虎锚，歡迎大家指出哈硫痰，一起學(xué)習(xí)一起進(jìn)步。

面試被吊打翁都！正確打開Redis分布式鎖的七種方案碍论，漲見識(shí)了

• 什么是分布式鎖
• 方案一：SETNX + EXPIRE
• 方案二：SETNX + value值是(系統(tǒng)時(shí)間+過期時(shí)間)
• 方案三：使用Lua腳本(包含SETNX + EXPIRE兩條指令)
• 方案四：SET的擴(kuò)展命令(SET EX PX NX)
• 方案五：SET EX PX NX + 校驗(yàn)唯一隨機(jī)值,再釋放鎖
• 方案六: 開源框架~Redisson
• 方案七：多機(jī)實(shí)現(xiàn)的分布式鎖Redlock

什么是分布式鎖

分布式鎖其實(shí)就是，控制分布式系統(tǒng)不同進(jìn)程共同訪問共享資源的一種鎖的實(shí)現(xiàn)柄慰。如果不同的系統(tǒng)或同一個(gè)系統(tǒng)的不同主機(jī)之間共享了某個(gè)臨界資源鳍悠，往往需要互斥來防止彼此干擾，以保證一致性坐搔。

我們先來看下藏研，一把靠譜的分布式鎖應(yīng)該有哪些特征：

面試被吊打！正確打開Redis分布式鎖的七種方案概行，漲見識(shí)了

• 「互斥性」: 任意時(shí)刻蠢挡，只有一個(gè)客戶端能持有鎖。
• 「鎖超時(shí)釋放」：持有鎖超時(shí)凳忙，可以釋放业踏，防止不必要的資源浪費(fèi)，也可以防止死鎖涧卵。
• 「可重入性」:一個(gè)線程如果獲取了鎖之后,可以再次對其請求加鎖勤家。
• 「高性能和高可用」：加鎖和解鎖需要開銷盡可能低，同時(shí)要保證高可用柳恐，避免分布式鎖失效伐脖。
• 「安全性」：鎖只能被持有的客戶端刪除，不能被其他客戶端刪除

Redis分布式鎖方案一：SETNX + EXPIRE

提到Redis的分布式鎖乐设，很多小伙伴馬上就會(huì)想到setnx+ expire命令讼庇。即先用setnx來搶鎖，如果搶到之后近尚，再用expire給鎖設(shè)置一個(gè)過期時(shí)間蠕啄，防止鎖忘記了釋放。

SETNX 是SET IF NOT EXISTS的簡寫.日常命令格式是SETNX key value戈锻，如果 key不存在歼跟，則SETNX成功返回1却嗡，如果這個(gè)key已經(jīng)存在了，則返回0嘹承。

假設(shè)某電商網(wǎng)站的某商品做秒殺活動(dòng)，key可以設(shè)置為key_resource_id,value設(shè)置任意值如庭，偽代碼如下：

if（jedis.setnx(key_resource_id,lock_value) == 1）{ //加鎖 
    expire（key_resource_id叹卷，100）; //設(shè)置過期時(shí)間 
    try { 
        do something  //業(yè)務(wù)請求 
    }catch(){ 
  } 
  finally { 
       jedis.del(key_resource_id); //釋放鎖 
    } 
} 

但是這個(gè)方案中，setnx和expire兩個(gè)命令分開了坪它，「不是原子操作」骤竹。如果執(zhí)行完setnx加鎖，正要執(zhí)行expire設(shè)置過期時(shí)間時(shí)往毡，進(jìn)程crash或者要重啟維護(hù)了蒙揣，那么這個(gè)鎖就“長生不老”了，「別的線程永遠(yuǎn)獲取不到鎖啦」开瞭。

Redis分布式鎖方案二：SETNX + value值是(系統(tǒng)時(shí)間+過期時(shí)間)

為了解決方案一懒震，「發(fā)生異常鎖得不到釋放的場景」，有小伙伴認(rèn)為嗤详，可以把過期時(shí)間放到setnx的value值里面个扰。如果加鎖失敗，再拿出value值校驗(yàn)一下即可葱色。加鎖代碼如下：

long expires = System.currentTimeMillis() + expireTime; //系統(tǒng)時(shí)間+設(shè)置的過期時(shí)間 
String expiresStr = String.valueOf(expires); 

// 如果當(dāng)前鎖不存在递宅，返回加鎖成功 
if (jedis.setnx(key_resource_id, expiresStr) == 1) { 
        return true; 
}  
// 如果鎖已經(jīng)存在，獲取鎖的過期時(shí)間 
String currentValueStr = jedis.get(key_resource_id); 

// 如果獲取到的過期時(shí)間苍狰，小于系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間办龄，表示已經(jīng)過期 
if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) { 

     // 鎖已過期逗旁，獲取上一個(gè)鎖的過期時(shí)間朵你，并設(shè)置現(xiàn)在鎖的過期時(shí)間（不了解redis的getSet命令的小伙伴，可以去官網(wǎng)看下哈） 
    String oldValueStr = jedis.getSet(key_resource_id, expiresStr); 

    if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) { 
         // 考慮多線程并發(fā)的情況俊嗽，只有一個(gè)線程的設(shè)置值和當(dāng)前值相同响牛，它才可以加鎖 
         return true; 
    } 
} 

//其他情況玷禽，均返回加鎖失敗 
return false; 
} 

這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是，巧妙移除expire單獨(dú)設(shè)置過期時(shí)間的操作呀打，把「過期時(shí)間放到setnx的value值」里面來矢赁。解決了方案一發(fā)生異常，鎖得不到釋放的問題贬丛。但是這個(gè)方案還有別的缺點(diǎn)：

• 過期時(shí)間是客戶端自己生成的(System.currentTimeMillis()是當(dāng)前系統(tǒng)的時(shí)間)撩银，必須要求分布式環(huán)境下，每個(gè)客戶端的時(shí)間必須同步豺憔。
• 如果鎖過期的時(shí)候额获，并發(fā)多個(gè)客戶端同時(shí)請求過來够庙，都執(zhí)行jedis.getSet()，最終只能有一個(gè)客戶端加鎖成功抄邀，但是該客戶端鎖的過期時(shí)間耘眨，可能被別的客戶端覆蓋
• 該鎖沒有保存持有者的唯一標(biāo)識(shí)，可能被別的客戶端釋放/解鎖境肾。

Redis分布式鎖方案三：使用Lua腳本(包含SETNX + EXPIRE兩條指令)

實(shí)際上剔难，我們還可以使用Lua腳本來保證原子性(包含setnx和expire兩條指令)，lua腳本如下：

if redis.call('setnx',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then 
   redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) 
else 
   return 0 
end; 

加鎖代碼如下：

 String lua_scripts = "if redis.call('setnx',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then" + 
            " redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) return 1 else return 0 end";    
Object result = jedis.eval(lua_scripts, Collections.singletonList(key_resource_id), Collections.singletonList(values)); 
//判斷是否成功 
return result.equals(1L); 

這個(gè)方案奥喻，跟方案二對比偶宫，你覺得哪個(gè)更好呢?

Redis分布式鎖方案方案四：SET的擴(kuò)展命令(SET EX PX NX)

除了使用，使用Lua腳本环鲤，保證SETNX + EXPIRE兩條指令的原子性纯趋，我們還可以巧用Redis的SET指令擴(kuò)展參數(shù)!(SET key value[EX seconds][PX milliseconds][NX|XX])，它也是原子性的!

SET key value[EX seconds][PX milliseconds][NX|XX]

• NX :表示key不存在的時(shí)候冷离，才能set成功吵冒，也即保證只有第一個(gè)客戶端請求才能獲得鎖，而其他客戶端請求只能等其釋放鎖西剥，才能獲取桦锄。
• EX seconds :設(shè)定key的過期時(shí)間，時(shí)間單位是秒蔫耽。
• PX milliseconds: 設(shè)定key的過期時(shí)間结耀，單位為毫秒
• XX: 僅當(dāng)key存在時(shí)設(shè)置值

偽代碼demo如下：

if（jedis.set(key_resource_id, lock_value, "NX", "EX", 100s) == 1）{ //加鎖 
    try { 
        do something  //業(yè)務(wù)處理 
    }catch(){ 
  } 
  finally { 
       jedis.del(key_resource_id); //釋放鎖 
    } 
} 

但是呢，這個(gè)方案還是可能存在問題：

• 問題一：「鎖過期釋放了匙铡，業(yè)務(wù)還沒執(zhí)行完」图甜。假設(shè)線程a獲取鎖成功，一直在執(zhí)行臨界區(qū)的代碼鳖眼。但是100s過去后黑毅，它還沒執(zhí)行完。但是钦讳，這時(shí)候鎖已經(jīng)過期了矿瘦，此時(shí)線程b又請求過來。顯然線程b就可以獲得鎖成功愿卒，也開始執(zhí)行臨界區(qū)的代碼缚去。那么問題就來了，臨界區(qū)的業(yè)務(wù)代碼都不是嚴(yán)格串行執(zhí)行的啦琼开。
• 問題二：「鎖被別的線程誤刪」易结。假設(shè)線程a執(zhí)行完后，去釋放鎖。但是它不知道當(dāng)前的鎖可能是線程b持有的(線程a去釋放鎖時(shí)搞动，有可能過期時(shí)間已經(jīng)到了躏精，此時(shí)線程b進(jìn)來占有了鎖)。那線程a就把線程b的鎖釋放掉了鹦肿，但是線程b臨界區(qū)業(yè)務(wù)代碼可能都還沒執(zhí)行完呢矗烛。

方案五：SET EX PX NX + 校驗(yàn)唯一隨機(jī)值,再刪除

既然鎖可能被別的線程誤刪，那我們給value值設(shè)置一個(gè)標(biāo)記當(dāng)前線程唯一的隨機(jī)數(shù)箩溃，在刪除的時(shí)候高诺，校驗(yàn)一下，不就OK了嘛碾篡。偽代碼如下：

if（jedis.set(key_resource_id, uni_request_id, "NX", "EX", 100s) == 1）{ //加鎖 
    try { 
        do something  //業(yè)務(wù)處理 
    }catch(){ 
  } 
  finally { 
       //判斷是不是當(dāng)前線程加的鎖,是才釋放 
       if (uni_request_id.equals(jedis.get(key_resource_id))) { 
        jedis.del(lockKey); //釋放鎖 
        } 
    } 
} 

在這里，「判斷是不是當(dāng)前線程加的鎖」和「釋放鎖」不是一個(gè)原子操作筏餐。如果調(diào)用jedis.del()釋放鎖的時(shí)候开泽，可能這把鎖已經(jīng)不屬于當(dāng)前客戶端，會(huì)解除他人加的鎖魁瞪。

[圖片上傳失敗...(image-4b1b3-1615208743317)]

為了更嚴(yán)謹(jǐn)穆律，一般也是用lua腳本代替。lua腳本如下：

if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then  
   return redis.call('del',KEYS[1])  
else 
   return 0 
end; 

Redis分布式鎖方案六：Redisson框架

方案五還是可能存在「鎖過期釋放导俘，業(yè)務(wù)沒執(zhí)行完」的問題峦耘。有些小伙伴認(rèn)為，稍微把鎖過期時(shí)間設(shè)置長一些就可以啦旅薄。其實(shí)我們設(shè)想一下辅髓，是否可以給獲得鎖的線程，開啟一個(gè)定時(shí)守護(hù)線程少梁，每隔一段時(shí)間檢查鎖是否還存在洛口，存在則對鎖的過期時(shí)間延長，防止鎖過期提前釋放凯沪。

當(dāng)前開源框架Redisson解決了這個(gè)問題第焰。我們一起來看下Redisson底層原理圖吧：

[圖片上傳失敗...(image-b2716-1615208743317)]

只要線程一加鎖成功，就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)watch dog看門狗妨马，它是一個(gè)后臺(tái)線程挺举，會(huì)每隔10秒檢查一下，如果線程1還持有鎖烘跺，那么就會(huì)不斷地延長鎖key的生存時(shí)間湘纵。因此，Redisson就是使用Redisson解決了「鎖過期釋放滤淳，業(yè)務(wù)沒執(zhí)行完」問題瞻佛。

Redis分布式鎖方案七：多機(jī)實(shí)現(xiàn)的分布式鎖Redlock+Redisson

前面六種方案都只是基于單機(jī)版的討論，還不是很完美。其實(shí)Redis一般都是集群部署的：

面試被吊打伤柄！正確打開Redis分布式鎖的七種方案绊困，漲見識(shí)了

如果線程一在Redis的master節(jié)點(diǎn)上拿到了鎖，但是加鎖的key還沒同步到slave節(jié)點(diǎn)适刀。恰好這時(shí)秤朗，master節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，一個(gè)slave節(jié)點(diǎn)就會(huì)升級(jí)為master節(jié)點(diǎn)笔喉。線程二就可以獲取同個(gè)key的鎖啦取视，但線程一也已經(jīng)拿到鎖了，鎖的安全性就沒了常挚。

為了解決這個(gè)問題作谭，Redis作者 antirez提出一種高級(jí)的分布式鎖算法：Redlock。Redlock核心思想是這樣的：

搞多個(gè)Redis master部署奄毡，以保證它們不會(huì)同時(shí)宕掉折欠。并且這些master節(jié)點(diǎn)是完全相互獨(dú)立的，相互之間不存在數(shù)據(jù)同步吼过。同時(shí)锐秦，需要確保在這多個(gè)master實(shí)例上，是與在Redis單實(shí)例盗忱，使用相同方法來獲取和釋放鎖酱床。

我們假設(shè)當(dāng)前有5個(gè)Redis master節(jié)點(diǎn)，在5臺(tái)服務(wù)器上面運(yùn)行這些Redis實(shí)例趟佃。

面試被吊打扇谣！正確打開Redis分布式鎖的七種方案，漲見識(shí)了

RedLock的實(shí)現(xiàn)步驟:如下

1.獲取當(dāng)前時(shí)間闲昭，以毫秒為單位揍堕。

2.按順序向5個(gè)master節(jié)點(diǎn)請求加鎖√乐剑客戶端設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接和響應(yīng)超時(shí)時(shí)間衩茸，并且超時(shí)時(shí)間要小于鎖的失效時(shí)間。(假設(shè)鎖自動(dòng)失效時(shí)間為10秒贮泞，則超時(shí)時(shí)間一般在5-50毫秒之間,我們就假設(shè)超時(shí)時(shí)間是50ms吧)楞慈。如果超時(shí)，跳過該master節(jié)點(diǎn)啃擦，盡快去嘗試下一個(gè)master節(jié)點(diǎn)囊蓝。

3.客戶端使用當(dāng)前時(shí)間減去開始獲取鎖時(shí)間(即步驟1記錄的時(shí)間)，得到獲取鎖使用的時(shí)間令蛉。當(dāng)且僅當(dāng)超過一半(N/2+1聚霜，這里是5/2+1=3個(gè)節(jié)點(diǎn))的Redis master節(jié)點(diǎn)都獲得鎖狡恬，并且使用的時(shí)間小于鎖失效時(shí)間時(shí)，鎖才算獲取成功蝎宇。(如上圖弟劲，10s> 30ms+40ms+50ms+4m0s+50ms)

如果取到了鎖，key的真正有效時(shí)間就變啦姥芥，需要減去獲取鎖所使用的時(shí)間兔乞。

如果獲取鎖失敗(沒有在至少N/2+1個(gè)master實(shí)例取到鎖，又或者獲取鎖時(shí)間已經(jīng)超過了有效時(shí)間)凉唐，客戶端要在所有的master節(jié)點(diǎn)上解鎖(即便有些master節(jié)點(diǎn)根本就沒有加鎖成功庸追，也需要解鎖，以防止有些漏網(wǎng)之魚)台囱。

簡化下步驟就是：

• 按順序向5個(gè)master節(jié)點(diǎn)請求加鎖
• 根據(jù)設(shè)置的超時(shí)時(shí)間來判斷淡溯，是不是要跳過該master節(jié)點(diǎn)。
• 如果大于等于3個(gè)節(jié)點(diǎn)加鎖成功簿训，并且使用的時(shí)間小于鎖的有效期咱娶，即可認(rèn)定加鎖成功啦。
• 如果獲取鎖失敗煎楣，解鎖!

Redisson實(shí)現(xiàn)了redLock版本的鎖，有興趣的小伙伴车伞，可以去了解一下哈~

以上就是有關(guān)Redis鎖的七種方案择懂，希望可以對大家學(xué)習(xí)Redis有所幫助，喜歡的小伙伴可以幫忙轉(zhuǎn)發(fā)+關(guān)注另玖，感謝大家困曙！LZ也會(huì)不定時(shí)更新干貨！