快捷導(dǎo)航

Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖方法詳細(xì)

更新時(shí)間：2021年12月30日 10:40:55 作者：止步前行

在單體應(yīng)用中，如果我們對(duì)共享數(shù)據(jù)不進(jìn)行加鎖操作，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問題，我們的解決辦法通常是加鎖。在分布式架構(gòu)中，我們同樣會(huì)遇到數(shù)據(jù)共享操作問題。本文將介紹Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的五種方式。需要的可以參考一下

1. 單機(jī)數(shù)據(jù)一致性

單機(jī)數(shù)據(jù)一致性架構(gòu)如下圖所示：多個(gè)可客戶訪問同一個(gè)服務(wù)器，連接同一個(gè)數(shù)據(jù)庫。

場景描述：客戶端模擬購買商品過程，在Redis中設(shè)定庫存總數(shù)剩100個(gè)，多個(gè)客戶端同時(shí)并發(fā)購買。

@RestController
public class IndexController1 {

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @RequestMapping("/buy1")
    public String index(){
        // Redis中存有g(shù)oods:001號(hào)商品，數(shù)量為100
        String result = template.opsForValue().get("goods:001");
        // 獲取到剩余商品數(shù)
        int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
        if( total > 0 ){
            // 剩余商品數(shù)大于0 ，則進(jìn)行扣減
            int realTotal = total -1;
            // 將商品數(shù)回寫數(shù)據(jù)庫
            template.opsForValue().set("goods:001",String.valueOf(realTotal));
            System.out.println("購買商品成功，庫存還剩："+realTotal +"件， 服務(wù)端口為8001");
            return "購買商品成功，庫存還剩："+realTotal +"件， 服務(wù)端口為8001";
        }else{
            System.out.println("購買商品失敗，服務(wù)端口為8001");
        }
        return "購買商品失敗，服務(wù)端口為8001";
    }
}

使用Jmeter模擬高并發(fā)場景，測試結(jié)果如下：

測試結(jié)果出現(xiàn)多個(gè)用戶購買同一商品，發(fā)生了數(shù)據(jù)不一致問題！

解決辦法：單體應(yīng)用的情況下，對(duì)并發(fā)的操作進(jìn)行加鎖操作，保證對(duì)數(shù)據(jù)的操作具有原子性

synchronized
ReentrantLock

@RestController
public class IndexController2 {

    // 使用ReentrantLock鎖解決單體應(yīng)用的并發(fā)問題
    Lock lock = new ReentrantLock();

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @RequestMapping("/buy2")
    public String index() {

        lock.lock();
        try {
            String result = template.opsForValue().get("goods:001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("goods:001", String.valueOf(realTotal));
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗，服務(wù)端口為8001");
            }
        } catch (Exception e) {
            lock.unlock();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return "購買商品失敗，服務(wù)端口為8001";
    }
}

2. 分布式數(shù)據(jù)一致性

上面解決了單體應(yīng)用的數(shù)據(jù)一致性問題，但如果是分布式架構(gòu)部署呢，架構(gòu)如下：

提供兩個(gè)服務(wù)，端口分別為8001、8002，連接同一個(gè)Redis服務(wù)，在服務(wù)前面有一臺(tái)Nginx作為負(fù)載均衡

兩臺(tái)服務(wù)代碼相同，只是端口不同

將8001、8002兩個(gè)服務(wù)啟動(dòng)，每個(gè)服務(wù)依然用ReentrantLock加鎖，用Jmeter做并發(fā)測試，發(fā)現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)一致性問題！

3. Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

3.1 方式一

取消單機(jī)鎖，下面使用redis的set命令來實(shí)現(xiàn)分布式加鎖

SET KEY VALUE [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]

EX seconds ? 設(shè)置指定的到期時(shí)間(以秒為單位)

PX milliseconds ? 設(shè)置指定的到期時(shí)間(以毫秒為單位)

NX ? 僅在鍵不存在時(shí)設(shè)置鍵

XX ? 只有在鍵已存在時(shí)才設(shè)置

@RestController
public class IndexController4 {

    // Redis分布式鎖的key
    public static final String REDIS_LOCK = "good_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @RequestMapping("/buy4")
    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"good_lock"，value隨機(jī)生成
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 加鎖
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value);
            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失??！";
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            String result = template.opsForValue().get("goods:001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("goods:001", String.valueOf(realTotal));
                // 如果在搶到所之后，刪除鎖之前，發(fā)生了異常，鎖就無法被釋放，
                // 釋放鎖操作不能在此操作，要在finally處理
				// template.delete(REDIS_LOCK);
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗，服務(wù)端口為8001");
            }
            return "購買商品失敗，服務(wù)端口為8001";
        }finally {
            // 釋放鎖
            template.delete(REDIS_LOCK);
        }
    }
}

上面的代碼，可以解決分布式架構(gòu)中數(shù)據(jù)一致性問題。但再仔細(xì)想想，還是會(huì)有問題，下面進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 方式二（改進(jìn)方式一）

在上面的代碼中，如果程序在運(yùn)行期間，部署了微服務(wù)jar包的機(jī)器突然掛了，代碼層面根本就沒有走到finally代碼塊，也就是說在宕機(jī)前，鎖并沒有被刪除掉，這樣的話，就沒辦法保證解鎖

所以，這里需要對(duì)這個(gè)key加一個(gè)過期時(shí)間，Redis中設(shè)置過期時(shí)間有兩種方法：

template.expire(REDIS_LOCK,10, TimeUnit.SECONDS)
template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L,TimeUnit.SECONDS)

第一種方法需要單獨(dú)的一行代碼，且并沒有與加鎖放在同一步操作，所以不具備原子性，也會(huì)出問題

第二種方法在加鎖的同時(shí)就進(jìn)行了設(shè)置過期時(shí)間，所有沒有問題，這里采用這種方式

調(diào)整下代碼，在加鎖的同時(shí)，設(shè)置過期時(shí)間：

// 為key加一個(gè)過期時(shí)間，其余代碼不變
Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK,value,10L,TimeUnit.SECONDS);

這種方式解決了因服務(wù)突然宕機(jī)而無法釋放鎖的問題。但再仔細(xì)想想，還是會(huì)有問題，下面進(jìn)行改進(jìn)。

3.3 方式三（改進(jìn)方式二）

方式二設(shè)置了key的過期時(shí)間，解決了key無法刪除的問題，但問題又來了

上面設(shè)置了key的過期時(shí)間為10秒，如果業(yè)務(wù)邏輯比較復(fù)雜，需要調(diào)用其他微服務(wù)，處理時(shí)間需要15秒（模擬場景，別較真），而當(dāng)10秒鐘過去之后，這個(gè)key就過期了，其他請(qǐng)求就又可以設(shè)置這個(gè)key，此時(shí)如果耗時(shí)15秒的請(qǐng)求處理完了，回來繼續(xù)執(zhí)行程序，就會(huì)把別人設(shè)置的key給刪除了，這是個(gè)很嚴(yán)重的問題！

所以，誰上的鎖，誰才能刪除

@RestController
public class IndexController6 {

    public static final String REDIS_LOCK = "good_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @RequestMapping("/buy6")
    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"good_lock"
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 為key加一個(gè)過期時(shí)間
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L,TimeUnit.SECONDS);

            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失敗！";
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            String result = template.opsForValue().get("goods:001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                // 如果在此處需要調(diào)用其他微服務(wù)，處理時(shí)間較長。。。
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("goods:001", String.valueOf(realTotal));
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗，服務(wù)端口為8001");
            }
            return "購買商品失敗，服務(wù)端口為8001";
        }finally {
            // 誰加的鎖，誰才能刪除?。。?！
            if(template.opsForValue().get(REDIS_LOCK).equals(value)){
                template.delete(REDIS_LOCK);
            }
        }
    }
}

這種方式解決了因服務(wù)處理時(shí)間太長而釋放了別人鎖的問題。這樣就沒問題了嗎？

3.4 方式四（改進(jìn)方式三）

在上面方式三下，規(guī)定了誰上的鎖，誰才能刪除，但finally快的判斷和del刪除操作不是原子操作，并發(fā)的時(shí)候也會(huì)出問題，并發(fā)嘛，就是要保證數(shù)據(jù)的一致性，保證數(shù)據(jù)的一致性，最好要保證對(duì)數(shù)據(jù)的操作具有原子性。

在Redis的set命令介紹中，最后推薦Lua腳本進(jìn)行鎖的刪除，地址：https://redis.io/commands/set

@RestController
public class IndexController7 {

    public static final String REDIS_LOCK = "good_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @RequestMapping("/buy7")
    public String index(){

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"good_lock"
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            // 為key加一個(gè)過期時(shí)間
            Boolean flag = template.opsForValue().setIfAbsent(REDIS_LOCK, value,10L,TimeUnit.SECONDS);
            // 加鎖失敗
            if(!flag){
                return "搶鎖失?。?;
            }
            System.out.println( value+ " 搶鎖成功");
            String result = template.opsForValue().get("goods:001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                // 如果在此處需要調(diào)用其他微服務(wù)，處理時(shí)間較長。。。
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("goods:001", String.valueOf(realTotal));
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗，服務(wù)端口為8001");
            }
            return "購買商品失敗，服務(wù)端口為8001";
        }finally {
            // 誰加的鎖，誰才能刪除，使用Lua腳本，進(jìn)行鎖的刪除

            Jedis jedis = null;
            try{
                jedis = RedisUtils.getJedis();

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

                Object eval = jedis.eval(script, Collections.singletonList(REDIS_LOCK), Collections.singletonList(value));
                if("1".equals(eval.toString())){
                    System.out.println("-----del redis lock ok....");
                }else{
                    System.out.println("-----del redis lock error ....");
                }
            }catch (Exception e){

            }finally {
                if(null != jedis){
                    jedis.close();
                }
            }
        }
    }
}

3.5 方式五（改進(jìn)方式四）

在方式四下，規(guī)定了誰上的鎖，誰才能刪除，并且解決了刪除操作沒有原子性問題。但還沒有考慮緩存續(xù)命，以及Redis集群部署下，異步復(fù)制造成的鎖丟失：主節(jié)點(diǎn)沒來得及把剛剛set進(jìn)來這條數(shù)據(jù)給從節(jié)點(diǎn)，就掛了。所以直接上RedLock的Redisson落地實(shí)現(xiàn)。

@RestController
public class IndexController8 {

    public static final String REDIS_LOCK = "good_lock";

    @Autowired
    StringRedisTemplate template;

    @Autowired
    Redisson redisson;

    @RequestMapping("/buy8")
    public String index(){

        RLock lock = redisson.getLock(REDIS_LOCK);
        lock.lock();

        // 每個(gè)人進(jìn)來先要進(jìn)行加鎖，key值為"good_lock"
        String value = UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
        try{
            String result = template.opsForValue().get("goods:001");
            int total = result == null ? 0 : Integer.parseInt(result);
            if (total > 0) {
                // 如果在此處需要調(diào)用其他微服務(wù)，處理時(shí)間較長。。。
                int realTotal = total - 1;
                template.opsForValue().set("goods:001", String.valueOf(realTotal));
                System.out.println("購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001");
                return "購買商品成功，庫存還剩：" + realTotal + "件， 服務(wù)端口為8001";
            } else {
                System.out.println("購買商品失敗，服務(wù)端口為8001");
            }
            return "購買商品失敗，服務(wù)端口為8001";
        }finally {
            if(lock.isLocked() && lock.isHeldByCurrentThread()){
                lock.unlock();
            }
        }
    }
}