分布式锁

分布式锁

本文整理自黑马程序员相关资料

问题的引入

在平时单服务的情况下，我们使用互斥锁可以保证同一时刻只有一个线程执行自己的业务。原理是，在JVM内部维护了一个锁监视器，锁监视器保证了同一时刻只有一个线程获取到锁。但是如果开启了多个服务，就会有多个JVM，从而有多个不同的锁监视器，每个锁监视器监视自己JVM内部的线程，因此一个JVM内部的线程获取到锁，并不影响其他JVM内部的线程获取锁。从而导致并发安全问题。因此，我们需要独立于JVM之外的锁监视器对所有的线程统一管理。

概念

满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。
常见分布式锁的实现比较

MySQLRedisZookeeper互斥利用Mysql本身的互斥锁机制利用setnx这样的互斥命令利用节点的唯一性和有序性实现互斥高可用好好好高性能一般好一般安全性断开连接，自动释放锁利用锁超时时间，到期释放临时节点，断开连接自动释放基于Redis的分布式锁

最基本的分布式锁

获取锁：
利用Redis的SETNX保证互斥的特性，同时设置锁过期时间，避免服务宕机不能执行释放锁的操作而导致死锁。
释放锁：
删除对应的键即可
流程图如下所示：

保证释放锁的线程是持有锁的线程本身

前面提到的最基本的分布式锁存在着一些问题。如果获取锁的线程1阻塞，在该线程阻塞期间，锁超时释放了，这时线程2就可以获取到锁，接着执行自己的业务。线程1在完成自己的业务后释放锁。这时线程3也获得了锁执行自己的业务，这样就造成了线程2和线程3都获取到了锁，从而造成了线程安全问题。如下图所示

为了解决未持有锁的线程释放锁这个问题，在锁中存入线程标识，在释放锁之前先判断锁标识是否是本身线程。如果标识是自己，则释放锁。其流程图如下所示

保证释放锁的原子性

由于前面加入了判断，判断与释放是两步。有可能在判断时持有锁的线程1阻塞，直到超时释放锁，线程2拿到了锁，线程1被唤醒并执行释放锁，导致线程3也拿到了锁。造成了两个线程同时持有锁的线程安全问题。如下所示

为了解决这个问题，使用Lua脚本，在一个脚本中编写多条Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。
释放锁的业务流程如下所示

1. -- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key，这里的ARGV[1] 就是当前线程标示
2. -- 获取锁中的标示，判断是否与当前线程标示一致
3. if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
4.   -- 一致，则删除锁
5.   return redis.call('DEL', KEYS[1])
6. end
7. -- 不一致，则直接返回
8. return 0

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到目前为止，一个基于Redis的基本的分布式锁就完成了。但还是存在着以下问题

• 不可重入：同一线城无法多次获取统一把锁
  
• 不可重试：获取锁只尝试一次就返回，没有重试机制
  
• 超时释放问题：锁超时释放虽然可以避免死锁，但是如果业务执行耗时较长，也会导致锁释放，存在安全隐患
  
• 主从一致性问题：如果Redis提供了主从集群，主从同步存在延迟，当主节点宕机时，从节点没有同步主节点中的锁数据。其他线程就会拿到锁
  

Redisson分布式锁简单介绍

Redisson可重入锁原理


获取锁的Lua脚本

1. local key = KEYS[1]; -- 锁的key
2. local threadId = ARGV[1]; -- 线程唯一标识
3. local releaseTime = ARGV[2]; -- 锁的自动释放时间
4. -- 判断是否存在
5. if(redis.call('exists', key) == 0) then
6.     -- 不存在, 获取锁
7.     redis.call('hset', key, threadId, '1');
8.     -- 设置有效期
9.     redis.call('expire', key, releaseTime);
10.     return 1; -- 返回结果
11. end;
12. -- 锁已经存在，判断threadId是否是自己
13. if(redis.call('hexists', key, threadId) == 1) then
14.     -- 不存在, 获取锁，重入次数+1
15.     redis.call('hincrby', key, threadId, '1');
16.     -- 设置有效期
17.     redis.call('expire', key, releaseTime);   
18.     return 1; -- 返回结果
19. end;
20. return 0; -- 代码走到这里,说明获取锁的不是自己，获取锁失败

复制代码

释放锁的Lua脚本

1. local key = KEYS[1]; -- 锁的key
2. local threadId = ARGV[1]; -- 线程唯一标识
3. local releaseTime = ARGV[2]; -- 锁的自动释放时间
4. -- 判断当前锁是否还是被自己持有
5. if (redis.call('HEXISTS', key, threadId) == 0) then
6.     return nil; -- 如果已经不是自己，则直接返回
7. end;
8. -- 是自己的锁，则重入次数-1
9. local count = redis.call('HINCRBY', key, threadId, -1);
10. -- 判断是否重入次数是否已经为0
11. if (count > 0) then
12.     -- 大于0说明不能释放锁，重置有效期然后返回
13.     redis.call('EXPIRE', key, releaseTime);
14.     return nil;
15. else  -- 等于0说明可以释放锁，直接删除
16.     redis.call('DEL', key);
17.     return nil;
18. end;

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Redisson分布式锁原理

• 可重入：利用hash结构记录线程id和重入次数
  
• 可重试：利用信号量和PubSub功能实现等待、唤醒，获取锁失败的重试机制
  
• 超时续约：利用watchDog，每隔一段时间（releaseTime/3），重置超时时间。
  

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