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什麼是分散式鎖?Redis實現分散式鎖詳解

  

 

  在很多場景中,我們為了保證資料的最終一致性,需要很多的技術方案來支援,比如分散式事務、分散式鎖等。那具體什麼是分散式鎖,分散式鎖應用在哪些業務場景、如何來實現分散式鎖呢?今天繼續由陳睿|mikechen來繼續分享Redis這個系列。

  01.什麼是分散式鎖

  要介紹分散式鎖,首先要提到與分散式鎖相對應的是執行緒鎖、程序鎖。

  1.執行緒鎖

  主要用來給方法、程式碼塊加鎖。當某個方法或程式碼使用鎖,在同一時刻僅有一個執行緒執行該方法或該程式碼段。執行緒鎖只在同一JVM中有效果,因為執行緒鎖的實現在根本上是依靠執行緒之間共享記憶體實現的,比如synchronized是共享物件頭,顯示鎖Lock是共享某個變數(state)。

  2.程序鎖

  為了控制同一作業系統中多個程序訪問某個共享資源,因為程序具有獨立性,各個程序無法訪問其他程序的資源,因此無法通過synchronized等執行緒鎖實現程序鎖。

  3.分散式鎖

  當多個程序不在同一個系統中,用分散式鎖控制多個程序對資源的訪問。

  02.分散式鎖的要求

  首先,為了確保分散式鎖可用,我們至少要確保鎖的實現同時滿足以下四個條件:

  1、互斥性:任意時刻,只能有一個客戶端獲取鎖,不能同時有兩個客戶端獲取到鎖。

  2、安全性:鎖只能被持有該鎖的客戶端刪除,不能由其它客戶端刪除。

  3、死鎖:獲取鎖的客戶端因為某些原因(如down機等)而未能釋放鎖,其它客戶端再也無法獲取到該鎖。

  4、容錯:當部分節點(redis節點等)down機時,客戶端仍然能夠獲取鎖和釋放鎖。

  03.分散式鎖的應用場景

  在傳統單體應用單機部署的情況下,可以使用Java併發處理相關的API(如ReentrantLcok或synchronized)進行互斥控制。

  但是在分散式系統後,由於分散式系統多執行緒、多程序並且分佈在不同機器上,這將使原單機部署情況下的併發控制鎖策略失效,為了解決這個問題就需要一種跨JVM的互斥機制來控制共享資源的訪問,這就是分散式鎖的來源。

  分散式鎖應用場景大都是用在高併發,大流量場景。當多個程序不在同一個系統中,就需要用分散式鎖控制多個程序對資源的訪問。

  04.分散式鎖的實現

  分散式鎖一般有三種實現方式:

  1. 資料庫樂觀鎖;

  2. 基於ZooKeeper的分散式鎖;

  3.基於Redis的分散式鎖;

  文章末尾有資料庫和zookeeper的詳細實現方案,這裡主要談redis的實現。

  05.Redis實現分散式鎖

  基於Redis命令:SET key value NX EX max-lock-time

  這裡補充下: 從2.6.12版本後, 就可以使用set來獲取鎖, Lua 指令碼來釋放鎖。setnx是老黃曆了,set命令nx,xx等引數, 是為了實現 setnx 的功能。

  1.加鎖

  public class RedisTool {

  private static final String LOCK_SUCCESS = OK;

  private static final String SET_IF_NOT_EXIST = NX;

  private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = PX;

  /**

  * 嘗試獲取分散式鎖

  * @param jedis Redis客戶端

  * @param lockKey 鎖

  * @param requestId 請求標識

  * @param expireTime 超期時間

  * @return 是否獲取成功

  */

  public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {

  String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);

  if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {

  return true;}return false;}

  }

  jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)

  這個set()方法一共有五個形參:

  第一個為key,我們使用key來當鎖,因為key是唯一的。

  第二個為value,我們傳的是requestId,很多童鞋可能不明白,有key作為鎖不就夠了嗎,為什麼還要用到value?原因就是我們在上面講到可靠性時,分散式鎖要滿足第四個條件解鈴還須繫鈴人,通過給value賦值為requestId,我們就知道這把鎖是哪個請求加的了,在解鎖的時候就可以有依據。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。

  第三個為nxxx,這個引數我們填的是NX,意思是SET IF NOT EXIST,即當key不存在時,我們進行set操作;若key已經存在,則不做任何操作;

  第四個為expx,這個引數我們傳的是PX,意思是我們要給這個key加一個過期的設定,具體時間由第五個引數決定。

  第五個為time,與第四個引數相呼應,代表key的過期時間。

  2.解鎖

  public class RedisTool {

  private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

  /**

  * 釋放分散式鎖

  * @param jedis Redis客戶端

  * @param lockKey 鎖

  * @param requestId 請求標識

  * @return 是否釋放成功

  */

  public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

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

  Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));

  if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {return true;}return false;}

  }

  那麼這段Lua程式碼的功能是什麼呢?其實很簡單,首先獲取鎖對應的value值,檢查是否與requestId相等,如果相等則刪除鎖(解鎖)。那麼為什麼要使用Lua語言來實現呢,留給大家討論探索。

  06.其他分散式鎖實現方案

  還可以使用Redission(Redis 的客戶端)整合實現分散式鎖,也可以使用資料庫、zookeeper等來實現,具體可以參考