Redis中的分布式锁（步步为营）
分布式锁概述
分布式锁指的是，所有服务中的所有线程都去获取同一把锁，但只有一个线程可以乐成的获得锁，其他没有获得锁的线程必须全部等待，直到持有锁的线程释放锁。
分布式锁是可以跨越多个实例，多个进程的锁
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202411161136614.png
分布式锁具备的条件：
[*]互斥性：恣意时刻，只能有一个客户端持有锁
[*]锁超时释放：持有锁超时，可以释放，防止死锁
[*]可重入性：一个线程获取了锁之后，可以再次对其哀求加锁
[*]高可用、高性能：加锁息争锁开销要尽可能低，同时保证高可用
[*]安全性：锁只能被持有该锁的服务(或应用)释放。
[*]容错性：在持有锁的服务崩溃时，锁仍能得到释放，制止死锁。
分布式锁实现方案
分布式锁都是通过第三方组件来实现的，目前比力流行的分布式锁的解决方案有：
[*]数据库，通过数据库可以实现分布式锁，但是在高并发的情况下对数据库压力较大，所以很少使用。
[*]Redis，借助Redis也可以实现分布式锁，而且Redis的Java客户端种类很多，使用的方法也不尽相同。
[*]Zookeeper，Zookeeper也可以实现分布式锁，同样Zookeeper也存在多个Java客户端，使用方法也不相同
Redis实现分布式锁
SETNX
基本方案：Redis提供了setXX指令来实现分布式锁
格式: setnx key value
将key 的值设为value ，当且仅当key不存在。
若给定的 key已经存在，则SETNX不做任何动作。https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202404270808679.png
设置分布式锁后，能保证并发安全，但上述代码还存在题目，如果执行过程中出现非常，程序就直接抛出非常退出，导致锁没有释放造成终极死锁的题目。（即使将锁放在finally中释放，但是假如是执行到中途系统宕机，锁照旧没有被乐成的释放掉，依然会出现死锁现象）
设置超时时间
SET lock_key unique_value NX PX 10000但是，即使设置了超时时间后，还存在题目。
假设有多个线程，假设设置锁的过期时间10s,线程1上锁后执行业务逻辑的时长凌驾十秒，锁到期释放锁，线程2就可以获得锁执行，此时线程1执行完删除锁，删除的就是线程2持有的锁，线程3又可以获取锁，线程2执行完删除锁，删除的是线程3的锁，如此往后，这样就会出题目。
让线程只删除自己的锁
解决办法就是让线程只能删除自己的锁，即给每个线程上的锁添加唯一标识（这里UUID实现，基本不会出现重复），删除锁时判断这个标识：
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202411161136669.png
但上述红框中由于判定和释放锁不是原子的，极度情况下，可能判定可以释放锁，在执行删除锁利用前刚好时间到了，其他线程获取锁执行，前者线程删除锁删除的依然是别的线程的锁，所以要让删除锁具有原子性，可以利用redis事务或lua脚本实现原子利用判断+删除
Redis的单条命令利用是原子性的，但是多条命令利用并不是原子性的，因此Lua脚本实现的就是令Redis的多条命令也实现原子利用
redis事务不是原子利用的，详情请看 Redis的事务
但是，可以利用Redis的事务和watch实现的乐观锁 来监视锁的状态
@RequestMapping(" /deduct_stock")
public String deductStock() {
String REDIS_LOCK = "good_lock";
// 每个人进来先要进行加锁，key值为"good_lock"
String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
try{
// 为key加一个过期时间
Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L,TimeUnit.SECONDS);
// 加锁失败
if(!flag){
return "抢锁失败！";
}
System.out.println( value+ " 抢锁成功");
String result = template.opsForValue().get("goods:001");
int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
if (total > 0) {
// 如果在此处需要调用其他微服务，处理时间较长。。。
int realTotal = total - 1;
template.opsForValue().set("goods:001", String.valueOf(realTotal));
System.out.println("购买商品成功，库存还剩：" + realTotal + "件， 服务端口为8002");
return "购买商品成功，库存还剩：" + realTotal + "件， 服务端口为8002";
} else {
System.out.println("购买商品失败，服务端口为8002");
}
return "购买商品失败，服务端口为8002";
}finally {
// 谁加的锁，谁才能删除
// 也可以使用redis事务
// https://redis.io/commands/set
// 使用Lua脚本，进行锁的删除
Jedis jedis = null;
try{
jedis = RedisUtils.getJedis();
String script = "if redis.call('get',KEYS) == ARGV " +
"then " +
"return redis.call('del',KEYS) " +
"else " +
" return 0 " +
"end";
Object eval = jedis.eval(script, Collections.singletonList(REDIS_LOCK), Collections.singletonList(value));
if("1".equals(eval.toString())){
System.out.println("-----del redis lock ok....");
}else{
System.out.println("-----del redis lock error ....");
}
}catch (Exception e){
}finally {
if(null != jedis){
jedis.close();
}
}
// redis事务
// while(true){
// template.watch(REDIS_LOCK);
// if(template.opsForValue().get(REDIS_LOCK).equalsIgnoreCase(value)){
// template.setEnableTransactionSupport(true);
// template.multi();
// template.delete(REDIS_LOCK);
// List<Object> list = template.exec();
// if(list == null){
// continue;
// }
// }
// template.unwatch();
// break;
// }
}
}
}只管这样，照旧会有题目，锁超时释放虽然可以制止死锁，但如果是业务执行耗时较长，也会导致锁的释放，但其实此时业务还在执行中，照旧应该将业务执行结束之后再释放锁。
续时
因此可以设定，使命不完成，锁就不释放。
可以维护一个定时线程池 ScheduledExecutorService，每隔 2s 去扫描参加队列中的 Task，判断失效时间是否快到了，如果快到了，则给锁续上时间。
那如何判断是否快到失效时间了呢？可以用以下公式：【失效时间】 { // 这里记得加 try-catch，否者报错后定时使命将不会再执行=-= Iterator iterator = holderList.iterator(); while (iterator.hasNext()) { RedisLockDefinitionHolder holder = iterator.next(); // 判空 if (holder == null) { iterator.remove(); continue; } // 判断 key 是否还有效，无效的话进行移除 if (redisTemplate.opsForValue().get(holder.getBusinessKey()) == null) { iterator.remove(); continue; } // 超时重试次数，凌驾时给线程设定中断 if (holder.getCurrentCount() > holder.getTryCount()) { holder.getCurrentTread().interrupt(); iterator.remove(); continue; } // 判断是否进入最后三分之一时间 long curTime = System.currentTimeMillis(); boolean shouldExtend = (holder.getLastModifyTime() + holder.getModifyPeriod()){ if (e == null) { if (ttlRemaining) { this.scheduleExpirationRenewal(threadId); } } }); return ttlRemainingFuture; } }此处出现leaseTime时间判断的2个分支，实际上就是加锁时是否设置过期时间，未设置过期时间（-1）时则会有watchDog 的锁续约 （下文），一个注册了加锁事件的续约使命。我们先来看有过期时间tryLockInnerAsync 部分
evalWriteAsync方法是eval命令执行lua的入口
// 扫描的任务队列
private static ConcurrentLinkedQueue<RedisLockDefinitionHolder> holderList = new ConcurrentLinkedQueue();
/**
* 线程池，维护keyAliveTime
*/
private static final ScheduledExecutorService SCHEDULER = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,
new BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());
{
// 两秒执行一次「续时」操作
SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(() -> {
// 这里记得加 try-catch，否者报错后定时任务将不会再执行=-=
Iterator<RedisLockDefinitionHolder> iterator = holderList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
RedisLockDefinitionHolder holder = iterator.next();
// 判空
if (holder == null) {
iterator.remove();
continue;
}
// 判断 key 是否还有效，无效的话进行移除
if (redisTemplate.opsForValue().get(holder.getBusinessKey()) == null) {
iterator.remove();
continue;
}
// 超时重试次数，超过时给线程设定中断
if (holder.getCurrentCount() > holder.getTryCount()) {
holder.getCurrentTread().interrupt();
iterator.remove();
continue;
}
// 判断是否进入最后三分之一时间
long curTime = System.currentTimeMillis();
boolean shouldExtend = (holder.getLastModifyTime() + holder.getModifyPeriod()) <= curTime;
if (shouldExtend) {
holder.setLastModifyTime(curTime);
redisTemplate.expire(holder.getBusinessKey(), holder.getLockTime(), TimeUnit.SECONDS);
log.info("businessKey : [" + holder.getBusinessKey() + "], try count : " + holder.getCurrentCount());
holder.setCurrentCount(holder.getCurrentCount() + 1);
}
}
}, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);
}eval命令执行Lua脚本的地方，此处将Lua脚本展开
// waitTime 等待时间，多久时间内都会在这尝试获取锁
// leaseTime 加锁时是否设置过期时间
private RFuture<Boolean> tryAcquireOnceAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
if (leaseTime != -1L) {
return this.tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN);
} else {
RFuture<Boolean> ttlRemainingFuture = this.tryLockInnerAsync(waitTime, this.commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN);
ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
if (e == null) {
if (ttlRemaining) {
this.scheduleExpirationRenewal(threadId);
}
}
});
return ttlRemainingFuture;
}
}<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
this.internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, command, "if (redis.call('exists', KEYS) == 0) then redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, 1); redis.call('pexpire', KEYS, ARGV); return nil; end; if (redis.call('hexists', KEYS, ARGV) == 1) then redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, 1); redis.call('pexpire', KEYS, ARGV); return nil; end; return redis.call('pttl', KEYS);", Collections.singletonList(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}统共3个参数完成了一段逻辑：
[*]判断该锁是否已经有对应hash表存在，
[*]没有对应的hash表：则set该hash表中一个entry的key为锁名称，value为1，之后设置该hash表失效时间为leaseTime
[*]存在对应的hash表：则将该lockName的value执行+1利用，也就是盘算进入次数，再设置失效时间leaseTime
[*]最后返回这把锁的ttl剩余时间
再看看RLock如何解锁？
看unlock方法，同样查找方法名，一路到unlockInnerAsync
-- 不存在该key时
if (redis.call('exists', KEYS) == 0) then
-- 新增该锁并且hash中该线程id对应的count置1
redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, 1);
-- 设置过期时间
redis.call('pexpire', KEYS, ARGV);
return nil;
end;
-- 存在该key 并且 hash中线程id的key也存在
if (redis.call('hexists', KEYS, ARGV) == 1) then
-- 线程重入次数++
redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, 1);
redis.call('pexpire', KEYS, ARGV);
return nil;
end;
return redis.call('pttl', KEYS);将lua脚本展开
// keyName
KEYS = Collections.singletonList(this.getName())
// leaseTime
ARGV = this.internalLockLeaseTime
// uuid+threadId组合的唯一值
ARGV = this.getLockName(threadId)该Lua KEYS有2个Arrays.asList(getName(), getChannelName())
protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN, "if (redis.call('hexists', KEYS, ARGV) == 0) then return nil;end; local counter = redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, -1); if (counter > 0) then redis.call('pexpire', KEYS, ARGV); return 0; else redis.call('del', KEYS); redis.call('publish', KEYS, ARGV); return 1; end; return nil;", Arrays.asList(this.getName(), this.getChannelName()), LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}ARGV变量有三个LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId)
-- 不存在key
if (redis.call('hexists', KEYS, ARGV) == 0) then
return nil;
end;
-- 存在，计数器 -1
local counter = redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, -1);
if (counter > 0) then
-- 过期时间重设
redis.call('pexpire', KEYS, ARGV);
return 0;
else
-- 删除并发布解锁消息
redis.call('del', KEYS);
redis.call('publish', KEYS, ARGV);
return 1;
end;
return nil;具体执行步骤如下：
[*]如果该锁不存在则返回nil；
[*]如果该锁存在则将其线程的hash key计数器-1，
[*]计数器counter>0，重置下失效时间，返回0；否则，删除该锁，发布解锁消息unlockMessage，返回1；
加锁解锁流程总结如下：
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202404270809775.png
总的来说就是通过Hash范例来存储锁的次数：
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202404270809508.png
RLock的锁重试题目
需要分析的是锁重试的，所以，在使用lock.tryLock()方法的时间，不能用无参的。
name 锁名称
channelName，用于pubSub发布消息的channel名称在调用tryAcquire方法后，返回了一个Long的ttl
LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE，channel发送消息的类别，此处解锁为0
internalLockLeaseTime，watchDog配置的超时时间，默认为30s
lockName 这里的lockName指的是uuid和threadId组合的唯一值查看renewExpirationAsync方法源码，其调用了Lua脚本执行续命利用的。
public boolean tryLock(long waitTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return this.tryLock(waitTime, -1L, unit);
}pexpire重置锁的有效期。
总体逻辑如下：
[*]开启一个使命，10秒钟后执行
[*]开始的这个使命中重置有效期。假设设置的是默认30秒，则重置为30秒
[*]更新后又重复步骤1、2
那么什么时间取消这个续约的使命呢？在释放锁unlock时
public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
long time = unit.toMillis(waitTime);
long current = System.currentTimeMillis();
long threadId = Thread.currentThread().getId();
Long ttl = this.tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
if (ttl == null) {
return true;
} else {
time -= System.currentTimeMillis() - current;
if (time <= 0L) {
this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
return false;
} else {
//省略multilock解决主从一致性题目
如果Redis是主从集群，主从同步存在耽误，当主机宕机时，从成为了主，但可能存在今后时还未完成同步，因此从上就没有锁标识，此时会出现并发安全题目。
因此redisson提出来了MutiLock锁，使用这把锁就不使用主从了，每个节点的职位都是一样的， 这把锁加锁的逻辑需要写入到每一个主丛节点上，只有所有的服务器都写入乐成，此时才是加锁乐成，假设现在某个节点挂了，那么他去获得锁的时间，只要有一个节点拿不到，都不能算是加锁乐成，就保证了加锁的可靠性。
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202404270809473.png
使用multilock（）方法。必须在所有的节点都获取锁乐成，才算乐成。 缺点是运维成本高，实现复杂。
<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
this.internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, command, "if (redis.call('exists', KEYS) == 0) then redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, 1); redis.call('pexpire', KEYS, ARGV); return nil; end; if (redis.call('hexists', KEYS, ARGV) == 1) then redis.call('hincrby', KEYS, ARGV, 1); redis.call('pexpire', KEYS, ARGV); return nil; end; return redis.call('pttl', KEYS);", Collections.singletonList(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}总结Redisson
Redisson分布式锁解决前三个题目原理
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202404270809485.png
总结Redisson分布式锁原理：
[*]可重入：利用hash布局记录线程id和重入次数
[*]可重试：利用信号量和PubSub功能来实现等待、唤醒，获取锁失败的重试机制
[*]超时续约：利用watchDog，开启一个定时使命，每隔一段时间(releaseTime/3)，重置超时时间。
[*]使用multilock: 多个独立的redis节点，必须在所有节点都获取重入锁,才算获取乐成;
redLock
不管是redLock，照旧redissonLock，两者底层都是通过相同的lua脚本来加锁、释放锁的，所以，两者只是外部形态的不同，底层是一样的。redLock是继续了redissonMultiLock，大部分的逻辑，都是在redissonMultiLock中去实现的，所以源码部分，大部分都是RedissonMultiLock
原理
[*]redLock的使用，需要有奇数台独立部署的Redis节点
[*]在加锁的时间，会分别去N台节点上加锁，如果半数以上的节点加锁乐成，就认为当火线程加锁乐成
https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202404270809998.png
面试题专栏
Java面试题专栏已上线，欢迎访问。
[*]如果你不知道简历怎么写，简历项目不知道怎么包装；
[*]如果简历中有些内容你不知道该不该写上去；
[*]如果有些综合性题目你不知道怎么答；
那么可以私信我，我会尽我所能帮助你。
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