Redis 做分散式鎖

分散式鎖也算是 Redis 比較常見的使用場景。

問題場景：

例如一個簡單的使用者操作，一個線城去修改使用者的狀態，首先從資料庫中讀出使用者的狀態，然後在記憶體中進行修改，修改完成後，再存回去。在單執行緒中，這個操作沒有問題，但是在多執行緒中，由於讀取、修改、存 這是三個操作，不是原子操作，所以在多執行緒中，這樣會出問題。

對於這種問題，我們可以使用分散式鎖來限制程式的併發執行。

基本用法

分散式鎖實現的思路很簡單，就是進來一個線城先佔位，當別的線城進來操作時，發現已經有人佔了，就會放棄或者稍後再試。

在 Redis 中，佔位一般使用 setnx 指令，先進來的線城先佔位，線城的操作執行完成後，再呼叫 del

package com.sdz.distributed_lock;

public class distributed_lock {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();

        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
                //沒人佔位
                jedis.set("name", "sdz");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//釋放資源
            }else{
                //有人佔位，停止/暫緩 操作
            }
        });
    }
}

 

上面的程式碼存在一個小小問題：如果程式碼業務執行的過程中拋異常或者掛了，這樣會導致 del 指令沒有被呼叫，這樣，k1 無法釋放，後面來的請求全部堵塞在這裡，鎖也永遠得不到釋放。

要解決這個問題，我們可以給鎖新增一個過期時間，確保鎖在一定的時間之後，能夠得到釋放。改進後的程式碼如下：

package com.sdz.distributed_lock;

public class distributed_lock {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();

        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
                //給鎖新增一個過期時間，防止應用在執行過程中丟擲異常導致鎖無法及時得到釋放
                jedis.expire("k1", 5);
                //沒人佔位
                jedis.set("name", "sdz");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//釋放資源
            }else{
                //有人佔位，停止/暫緩 操作
            }
        });
    }
}

 

這樣改造之後，還有一個問題，就是在獲取鎖和設定過期時間之間如果如果伺服器突然掛掉了，這個時候鎖被佔用，無法及時得到釋放，也會造成死鎖，因為獲取鎖和設定過期時間是兩個操作，不具備原子性。
為了解決這個問題，從 Redis2.8 開始，setnx 和 expire 可以通過一個命令一起來執行了，我們對上述程式碼再做改進：

package com.sdz.distributed_lock;

import redis.clients.jedis.params.SetParams;

public class distributed_lock {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();

        redis.execute(jedis->{
            String set = jedis.set("k1", "v1", new SetParams().nx().ex(5));
            if (set !=null && "OK".equals(set)) {
                //給鎖新增一個過期時間，防止應用在執行過程中丟擲異常導致鎖無法及時得到釋放
                jedis.expire("k1", 5);
                //沒人佔位
                jedis.set("name", "sdz");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//釋放資源
            }else {
                //有人佔位，停止/暫緩 操作
            }
        });
    }
}

解決超時問題

為了防止業務程式碼在執行的時候丟擲異常，我們給每一個鎖添加了一個超時時間，超時之後，鎖會被自動釋放，但是這也帶來了一個新的問題：如果要執行的業務非常耗時，可能會出現紊亂。舉個例子：第一個執行緒首先獲取到鎖，然後開始執行業務程式碼，但是業務程式碼比較耗時，執行了 8 秒，這樣，會在第一個執行緒的任務還未執行成功鎖就會被釋放了，此時第二個執行緒會獲取到鎖開始執行，在第二個執行緒剛執行了 3 秒，第一個執行緒也執行完了，此時第一個執行緒會釋放鎖，但是注意，它釋放的第二個執行緒的鎖，釋放之後，第三個執行緒進來。
對於這個問題，我們可以從兩個角度入手：

• 儘量避免在獲取鎖之後，執行耗時操作。
• 可以在鎖上面做文章，將鎖的 value 設定為一個隨機字串，每次釋放鎖的時候，都去比較隨機字串是否一致，如果一致，再去釋放，否則，不釋放。

對於第二種方案，由於釋放鎖的時候，要去檢視鎖的 value，第二個比較 value 的值是否正確，第三步釋放鎖，有三個步驟，很明顯三個步驟不具備原子性，為了解決這個問題，我們得引入 Lua 指令碼。

Lua 指令碼的優勢：

• 使用方便，Redis 中內建了對 Lua 指令碼的支援。
• Lua 指令碼可以在 Redis 服務端原子的執行多個 Redis 命令。
• 由於網路在很大程度上會影響到 Redis 效能，而使用 Lua 指令碼可以讓多個命令一次執行，可以有效解決網路給 Redis 帶來的效能問題。

在 Redis 中，使用 Lua 指令碼，大致上兩種思路：

1. 提前在 Redis 服務端寫好 Lua 指令碼，然後在 Java 客戶端去呼叫指令碼（推薦）。
2. 可以直接在 Java 端去寫 Lua 指令碼，寫好之後，需要執行時，每次將指令碼傳送到 Redis 上去執行。
   首先在 Redis 服務端建立 Lua 指令碼，內容如下：

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

接下來，可以給 Lua 指令碼求一個 SHA1 和，命令如下：

cat lua/releasewherevalueequal.lua | redis-cli -a javaboy script load --pipe

script load 這個命令會在 Redis 伺服器中快取 Lua 指令碼，並返回指令碼內容的 SHA1 校驗和，然後在Java 端呼叫時，傳入 SHA1 校驗和作為引數，這樣 Redis 服務端就知道執行哪個指令碼了。

接下來，在 Java 端呼叫這個指令碼。

package com.sdz.distributed_lock;

import redis.clients.jedis.params.SetParams;

import java.util.Arrays;
import java.util.UUID;

public class distributed_lock {
  
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            redis.execute(jedis -> {
                //1.先獲取一個隨機字串
                String value = UUID.randomUUID().toString();
                //2.獲取鎖
                String k1 = jedis.set("k1", value, new SetParams().nx().ex(5));
                //3.判斷是否成功拿到鎖
                if (k1 != null && "OK".equals(k1)) {
                    //4. 具體的業務操作
                    jedis.set("name", "sdz");
                    String site = jedis.get("name");
                    System.out.println(site);
                    //5.釋放鎖
                    jedis.evalsha("b8059ba43af6ffe8bed3db65bac35d452f8115d8",
                            Arrays.asList("k1"), Arrays.asList(value));
                } else {
                    System.out.println("沒拿到鎖");
                }
            });
        }
    }

}