Redis分散式鎖的使用與實現原理
阿新 • • 發佈:2020-11-21
模擬一個電商裡面下單減庫存的場景。
1.首先在redis里加入商品庫存數量。
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/718178/202011/718178-20201120192413579-2003089469.png)
2.新建一個Spring Boot專案,在pom裡面引入相關的依賴。
```
org.springframework.boot
spring-boot-starter-web
org.springframework.boot
spring-boot-starter-data-redis
```
3.接下來,在application.yml配置redis屬性和指定應用的埠號:
```
server:
port: 8090
spring:
redis:
host: 192.168.0.60
port: 6379
```
4.新建一個Controller類,扣減庫存第一版程式碼:
```
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
import java.util.Objects;
@RestController
public class StockController {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(StockController.class);
@Resource
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
// 從redis中獲取庫存數量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫存
int restStock = stock - 1;
// 剩餘庫存再重新設定到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功,剩餘庫存:{}", restStock);
} else {
logger.info("庫存不足,扣減失敗。");
}
return "success";
}
}
```
上面第一版的程式碼存在什麼問題:超賣。假如多個執行緒同時呼叫獲取庫存數量的程式碼,那麼每個執行緒拿到的都是100,判斷庫存都大於0,都可以執行減庫存的操作。假如兩個執行緒都做減庫存更新快取,那麼快取的庫存變成99,但實際上,應該是減掉2個庫存。
那麼很多人的第一個想法是加synchronized同步程式碼塊,因為獲取數量和減庫存不是原子性操作,有多個執行緒來執行程式碼的時候,只允許一個執行緒執行程式碼塊裡的程式碼。那麼改完的第二版的程式碼如下:
```
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
synchronized (this) {
// 從redis中獲取庫存數量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫存
int restStock = stock - 1;
// 剩餘庫存再重新設定到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功,剩餘庫存:{}", restStock);
} else {
logger.info("庫存不足,扣減失敗。");
}
}
return "success";
}
```
但使用synchronize存在的問題,就是隻能保證單機環境執行時沒有問題的。但現在的軟體公司裡,基本上都是叢集架構,是多例項,前面使用Nginx做負載均衡,大概架構如下:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/718178/202011/718178-20201120203107979-1328710368.png)
Nginx分發請求,把請求傳送到不同的Tomcat容器,而synchronize只能保證一個應用是沒有問題的。
那麼程式碼改進第三版,就是引入redis分散式鎖,具體程式碼如下:
```
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
String lockKey = "stockKey";
try {
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1");
if (!result) {
return "errorCode";
}
// 從redis中獲取庫存數量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫存
int restStock = stock - 1;
// 剩餘庫存再重新設定到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功,剩餘庫存:{}", restStock);
} else {
logger.info("庫存不足,扣減失敗。");
}
} finally {
stringRedisTemplate.delete(lockKey)
}
return "success";
}
```
如果有一個執行緒拿到鎖,那麼其他的執行緒就會等待。一定要記得在finally裡面把使用完的鎖要刪除掉。否則一旦丟擲異常,只有一個執行緒會一直持有鎖,其他執行緒沒有機會獲取。
但如果在執行`if (stock > 0) {`程式碼塊裡的程式碼,因為宕機或重啟沒有執行完,也會一直持有鎖,所以,這裡需要把鎖加一個超時時間:
```
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1");
stringRedisTemplate.expire(lockKey, 10, TimeUnit.SECONDS);
```
但如果上面兩行程式碼在中間執行出問題了,設定超時時間的程式碼還沒執行,也會出現鎖不能釋放的問題。好在有對應的方法:就是把上面兩行程式碼設定成一個原子操作:
```
// 這裡預設設定超時時間為10秒
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1", 10, TimeUnit.SECONDS);
```
到此為止,如果併發量不是很大的話,基本上是沒有問題的。
但是,如果請求的併發量很大,就會出現新的問題:有種比較特殊的情況,第一個執行緒執行了15秒,但是執行到10秒鐘的時候,鎖已經失效釋放了,那麼在高併發場景下,第二個執行緒發現鎖已經失效,那麼它就可以拿到這把鎖進行加鎖,
假設第二個執行緒執行需要8秒,它執行到5秒鐘後,此時第一個執行緒已經執行完了,執行完那一刻,進行了刪除key的操作,但是此時的鎖是第二個執行緒加的,這樣第一個執行緒把第二個執行緒加的鎖刪掉了。
那意味著第三個執行緒又可以拿到鎖,第三個執行緒執行了3秒鐘,此時第二個執行緒執行完畢,那麼第二個執行緒把第三個執行緒的鎖又刪除了。導致鎖失效。
那麼解決的思路就是,我自己加的鎖,不要被別人刪掉。那麼可以為每個進來的請求生成一個唯一的id,作為分散式鎖的值,然後在釋放時,判斷一下當前執行緒的id,是不是和快取裡的id是否相等。
```
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
String lockKey = "stockKey";
String id = UUID.randomUUID().toString();
try {
// 這裡預設設定超時時間為30秒
boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, id, 30, TimeUnit.SECONDS);
if (!result) {
return "errorCode";
}
// 從redis中獲取庫存數量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫存
int restStock = stock - 1;
// 剩餘庫存再重新設定到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功,剩餘庫存:{}", restStock);
} else {
logger.info("庫存不足,扣減失敗。");
}
} finally {
if (id.contentEquals(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get(lockKey)))) {
stringRedisTemplate.delete(lockKey);
}
}
return "success";
}
```
到此為止,一個比較完善的鎖就實現了,可以應付大部分場景。
當然,上面的程式碼還有一個問題,就是一個執行緒執行時間超過了過期時間,後面的程式碼還沒有執行完,鎖就已經刪除了,還是會有些bug存在。解決的方法是給鎖續命的操作。
在當前主執行緒獲取到鎖以後,可以fork出一個執行緒,執行Timer定時器操作,假如預設超時時間為30秒,那麼定時器每隔10秒去看下這把鎖還是否存在,存在就說明這個鎖裡的邏輯還沒有執行完,那麼就可以把當前主執行緒的超時時間重新設定為30秒;如果不存在,就直接結束掉。
但是上面的邏輯,在高併發場景下,實現比較完善還是比較困難的。好在現在已經有比較成熟的框架,那就是Redisson。官方地址https://redisson.org。
下面用Redisson來實現分散式鎖。
首先引入依賴包:
```
org.redisson
redisson
3.6.5
```
配置類:
```
@Configuration
public class RedissonConfig {
@Bean
public Redisson redisson() {
// 單機模式
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.0.60:6379").setDatabase(0);
return (Redisson) Redisson.create(config);
}
}
```
接下來用redisson重寫上面的減庫存操作:
```
@Resource
private Redisson redisson;
@RequestMapping("/reduceStock")
public String reduceStock() {
String lockKey = "stockKey";
RLock redissonLock = redisson.getLock(lockKey);
try {
// 加鎖,鎖續命
redissonLock.lock();
// 從redis中獲取庫存數量
int stock = Integer.parseInt(Objects.requireNonNull(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stockCount")));
if (stock > 0) {
// 減庫存
int restStock = stock - 1;
// 剩餘庫存再重新設定到redis中
stringRedisTemplate.opsForValue().set("stockCount", String.valueOf(restStock));
logger.info("扣減成功,剩餘庫存:{}", restStock);
} else {
logger.info("庫存不足,扣減失敗。");
}
} finally {
redissonLock.unlock();
}
return "success";
}
```
其實就是三個步驟:獲取鎖,加鎖,釋放鎖。
先簡單看下Redisson的實現原理:
![](https://img2020.cnblogs.com/blog/718178/202011/718178-20201120230819105-769274887.png)
這裡先說一下Redis很多操作使用Lua指令碼來實現原子性操作,關於Lua語法,可以去網上找下相關教程。
使用Lua指令碼的好處有:
1.減少網路開銷,多個命令可以使用一次請求完成;
2.實現了原子性操作,Redis會把Lua指令碼作為一個整體去執行;
3.實現事務,Redis自帶的事務功能有限,而Lua指令碼實現了事務的常規操作,而且還支援回滾。
但是Lua實際上不會使用很多,如果Lua指令碼執行時間過長,因為Redis是單執行緒,因此會導致堵塞。
最後,說下Redisson分散式鎖的程式碼實現,
找到上面的redissonLock.lock();
lock方法點進去,一直點到RedissonLock類裡面的lockInterruptibly方法:
```
@Override
public void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 獲取執行緒id
long threadId = Thread.currentThread().getId();
Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {
return;
}
RFuture future = subscribe(threadId);
commandExecutor.syncSubscription(future);
try {
while (true) {
ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
// lock acquired
if (ttl == null) {
break;
}
// waiting for message
if (ttl >= 0) {
getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
} else {
getEntry(threadId).getLatch().acquire();
}
}
} finally {
unsubscribe(future, threadId);
}
// get(lockAsync(leaseTime, unit));
}
```
重點看下tryAcquire方法,把執行緒id作為一個引數傳遞進來,在這個方法裡面,找到tryLockInnerAsync方法點進去,
```
RFuture tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand command) {
internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
"return nil; " +
"end; " +
"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
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