Java怎样利用 Redis 实现分布式锁

在构建分布式体系时，分布式锁是一个非常关键的组件。今天，我们来聊聊如安在 Redis 中实现分布式锁，尤其是通过 setnx 命令和一些额外措施来确保锁的可靠性。
1. 利用 setnx 加逾期时间实现分布式锁

首先，我们可以通过 Redis 的 setnx 命令来实现基本的分布式锁。setnx 是 “set if not exists” 的缩写，它会在指定的键不存在时才进行设置，这样就确保了锁的唯一性。代码如下：

1. @Override
2. public void testLock() {
3.     // 尝试获取锁
4.     Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "lock");
6.     // 如果获取到锁，执行相应的业务逻辑
7.     if (ifAbsent) {
8.         // 从 Redis 中获取当前的数值
9.         String value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
10.         if (StringUtils.isBlank(value)) {
11.             return;
12.         }
13.         // 将值加一并存回 Redis
14.         int num = Integer.parseInt(value);
15.         redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));
17.         // 业务逻辑执行完毕，释放锁
18.         redisTemplate.delete("lock");
19.     } else {
20.         // 未获取到锁时，等待一段时间后重试
21.         try {
22.             Thread.sleep(100);
23.             this.testLock();
24.         } catch (InterruptedException e) {
25.             e.printStackTrace();
26.         }
27.     }
28. }

复制代码

题目：
如果在业务实行过程中出现异常，锁大概无法被正常释放，从而导致死锁。
解决方案：
为锁设置一个逾期时间，确保锁能够主动释放。

1. // 获取锁并设置过期时间
2. Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue()
3.                  .setIfAbsent("lock", "lock", 10, TimeUnit.SECONDS);

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2. 利用 UUID 防止锁误删

虽然我们通过设置逾期时间解决了锁无法释放的题目，但另有另一个隐患：锁大概会被误删。假设业务逻辑实行的时间较长，锁在业务实行过程中主动逾期并被新的请求获取，这时原来的请求在完成后释放锁，大概会误删其他请求持有的锁。
为相识决这个题目，我们可以在加锁时为锁的值设置一个唯一标识符（如 UUID），并在释放锁时验证该标识符是否匹配。代码如下：

1. @Override
2. public void testLock() {
3.     String uuid = UUID.randomUUID().toString();
4.     Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue()
5.                     .setIfAbsent("lock", uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);
7.     if (ifAbsent) {
8.         String value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
9.         if (StringUtils.isBlank(value)) {
10.             return;
11.         }
12.         int num = Integer.parseInt(value);
13.         redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));
15.         // 释放锁时，先检查锁的标识符是否匹配
16.         String redisUuid = redisTemplate.opsForValue().get("lock");
17.         if (uuid.equals(redisUuid)) {
18.             redisTemplate.delete("lock");
19.         }
20.     } else {
21.         try {
22.             Thread.sleep(100);
23.             this.testLock();
24.         } catch (InterruptedException e) {
25.             e.printStackTrace();
26.         }
27.     }
28. }

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3. 利用 LUA 脚本包管操纵的原子性

即使利用 UUID 防止误删锁，照旧会有一个题目：获取锁和释放锁的操纵并不具备原子性，大概在并发情况下出现竞态条件。为了彻底解决这个题目，我们可以利用 Redis 的 LUA 脚原来包管这些操纵的原子性。LUA 脚本可以将获取锁和释放锁的逻辑归并为一个原子操纵，代码如下：

1. @Override
2. public void testLock() {
3.     String uuid = UUID.randomUUID().toString();
4.     Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue()
5.                     .setIfAbsent("lock", uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);
7.     if (ifAbsent) {
8.         String value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
9.         if (StringUtils.isBlank(value)) {
10.             return;
11.         }
12.         int num = Integer.parseInt(value);
13.         redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));
15.         // 使用 LUA 脚本来释放锁，确保操作的原子性
16.         DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
17.         String script = "if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call("del",KEYS[1]) else return 0 end";
18.         redisScript.setScriptText(script);
19.         redisScript.setResultType(Long.class);
20.         redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList("lock"), uuid);
21.     } else {
22.         try {
23.             Thread.sleep(100);
24.             this.testLock();
25.         } catch (InterruptedException e) {
26.             e.printStackTrace();
27.         }
28.     }
29. }

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4. 总结

要实现一个可靠的分布式锁，我们需要确保锁的实现满足以下几个关键条件：

• 互斥性：任何时间只有一个客户端能持有锁。
  
• 不会发存亡锁：即使客户端瓦解，锁也能被其他客户端获取。
  
• 解铃还须系铃人：加锁和解锁必须由同一个客户端完成。
  
• 操纵具备原子性：加锁和解锁的操纵需要是原子的，不能被打断。
  

通过 Redis 的 setnx 命令共同逾期时间、UUID 以及 LUA 脚本，我们可以构建一个可靠的分布式锁，满足上述全部条件。这种锁在高并发情况下能够有用防止资源竞争，包管体系的稳固性。

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