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SpringBoot利用注解來實(shí)現(xiàn)Redis分布式鎖

 更新時(shí)間:2022年09月01日 15:16:36   作者:jingQ  
有些業(yè)務(wù)請(qǐng)求,屬于耗時(shí)操作,需要加鎖,防止后續(xù)的并發(fā)操作,同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,需要避免對(duì)之前的業(yè)務(wù)造成影響。本文將利用注解來實(shí)現(xiàn)Redis分布式鎖,需要的可以參考一下

一、業(yè)務(wù)背景

有些業(yè)務(wù)請(qǐng)求,屬于耗時(shí)操作,需要加鎖,防止后續(xù)的并發(fā)操作,同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,需要避免對(duì)之前的業(yè)務(wù)造成影響。

二、分析流程

使用 Redis 作為分布式鎖,將鎖的狀態(tài)放到 Redis 統(tǒng)一維護(hù),解決集群中單機(jī) JVM 信息不互通的問題,規(guī)定操作順序,保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)正確。

梳理設(shè)計(jì)流程

  • 新建注解 @interface,在注解里設(shè)定入?yún)?biāo)志
  • 增加 AOP 切點(diǎn),掃描特定注解
  • 建立 @Aspect 切面任務(wù),注冊(cè) bean 和攔截特定方法
  • 特定方法參數(shù) ProceedingJoinPoint,對(duì)方法 pjp.proceed() 前后進(jìn)行攔截
  • 切點(diǎn)前進(jìn)行加鎖,任務(wù)執(zhí)行后進(jìn)行刪除 key

核心步驟:加鎖、解鎖和續(xù)時(shí)

加鎖

使用了 RedisTemplate 的 opsForValue.setIfAbsent 方法,判斷是否有 key,設(shè)定一個(gè)隨機(jī)數(shù) UUID.random().toString,生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)作為 value。

從 redis 中獲取鎖之后,對(duì) key 設(shè)定 expire 失效時(shí)間,到期后自動(dòng)釋放鎖。

按照這種設(shè)計(jì),只有第一個(gè)成功設(shè)定 Key 的請(qǐng)求,才能進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)操作,后續(xù)其它請(qǐng)求由于無法獲得資源,將會(huì)失敗結(jié)束。

超時(shí)問題

擔(dān)心 pjp.proceed() 切點(diǎn)執(zhí)行的方法太耗時(shí),導(dǎo)致 Redis 中的 key 由于超時(shí)提前釋放了。

例如,線程 A 先獲取鎖,proceed 方法耗時(shí),超過了鎖超時(shí)時(shí)間,到期釋放了鎖,這時(shí)另一個(gè)線程 B 成功獲取 Redis 鎖,兩個(gè)線程同時(shí)對(duì)同一批數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

解決方案:增加一個(gè)「續(xù)時(shí)」

任務(wù)不完成,鎖不釋放:

維護(hù)了一個(gè)定時(shí)線程池 ScheduledExecutorService,每隔 2s 去掃描加入隊(duì)列中的 Task,判斷是否失效時(shí)間是否快到了,公式為:【失效時(shí)間】<= 【當(dāng)前時(shí)間】+【失效間隔(三分之一超時(shí))】

/**
?*?線程池,每個(gè)?JVM?使用一個(gè)線程去維護(hù)?keyAliveTime,定時(shí)執(zhí)行?runnable
?*/
private?static?final?ScheduledExecutorService?SCHEDULER?=?
new?ScheduledThreadPoolExecutor(1,?
new?BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());
static?{
????SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(()?->?{
????????//?do?something?to?extend?time
????},?0,??2,?TimeUnit.SECONDS);
}

三、設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過上面的分析,同事設(shè)計(jì)出了這個(gè)方案:

前面已經(jīng)說了整體流程,這里強(qiáng)調(diào)一下幾個(gè)核心步驟:

  • 攔截注解 @RedisLock,獲取必要的參數(shù)
  • 加鎖操作
  • 續(xù)時(shí)操作
  • 結(jié)束業(yè)務(wù),釋放鎖

四、實(shí)操

之前也有整理過 AOP 使用方法,可以參考一下

相關(guān)屬性類配置

業(yè)務(wù)屬性枚舉設(shè)定

public?enum?RedisLockTypeEnum?{
????/**
?????*?自定義?key?前綴
?????*/
????ONE("Business1",?"Test1"),
????
????TWO("Business2",?"Test2");
????private?String?code;
????private?String?desc;
????RedisLockTypeEnum(String?code,?String?desc)?{
????????this.code?=?code;
????????this.desc?=?desc;
????}
????public?String?getCode()?{
????????return?code;
????}
????public?String?getDesc()?{
????????return?desc;
????}
????public?String?getUniqueKey(String?key)?{
????????return?String.format("%s:%s",?this.getCode(),?key);
????}
}

任務(wù)隊(duì)列保存參數(shù)

public?class?RedisLockDefinitionHolder?{
????/**
?????*?業(yè)務(wù)唯一?key
?????*/
????private?String?businessKey;
????/**
?????*?加鎖時(shí)間?(秒?s)
?????*/
????private?Long?lockTime;
????/**
?????*?上次更新時(shí)間(ms)
?????*/
????private?Long?lastModifyTime;
????/**
?????*?保存當(dāng)前線程
?????*/
????private?Thread?currentTread;
????/**
?????*?總共嘗試次數(shù)
?????*/
????private?int?tryCount;
????/**
?????*?當(dāng)前嘗試次數(shù)
?????*/
????private?int?currentCount;
????/**
?????*?更新的時(shí)間周期(毫秒),公式?=?加鎖時(shí)間(轉(zhuǎn)成毫秒)?/?3
?????*/
????private?Long?modifyPeriod;
????public?RedisLockDefinitionHolder(String?businessKey,?Long?lockTime,?Long?lastModifyTime,?Thread?currentTread,?int?tryCount)?{
????????this.businessKey?=?businessKey;
????????this.lockTime?=?lockTime;
????????this.lastModifyTime?=?lastModifyTime;
????????this.currentTread?=?currentTread;
????????this.tryCount?=?tryCount;
????????this.modifyPeriod?=?lockTime?*?1000?/?3;
????}
}

設(shè)定被攔截的注解名字

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD,?ElementType.TYPE})
public?@interface?RedisLockAnnotation?{
????/**
?????*?特定參數(shù)識(shí)別,默認(rèn)取第?0?個(gè)下標(biāo)
?????*/
????int?lockFiled()?default?0;
????/**
?????*?超時(shí)重試次數(shù)
?????*/
????int?tryCount()?default?3;
????/**
?????*?自定義加鎖類型
?????*/
????RedisLockTypeEnum?typeEnum();
????/**
?????*?釋放時(shí)間,秒?s?單位
?????*/
????long?lockTime()?default?30;
}

核心切面攔截的操作

RedisLockAspect.java 該類分成三部分來描述具體作用

Pointcut 設(shè)定

/**
?*?@annotation?中的路徑表示攔截特定注解
?*/
@Pointcut("@annotation(cn.sevenyuan.demo.aop.lock.RedisLockAnnotation)")
public?void?redisLockPC()?{
}

Around 前后進(jìn)行加鎖和釋放鎖

前面步驟定義了我們想要攔截的切點(diǎn),下一步就是在切點(diǎn)前后做一些自定義操作:

@Around(value?=?"redisLockPC()")
public?Object?around(ProceedingJoinPoint?pjp)?throws?Throwable?{
????//?解析參數(shù)
????Method?method?=?resolveMethod(pjp);
????RedisLockAnnotation?annotation?=?method.getAnnotation(RedisLockAnnotation.class);
????RedisLockTypeEnum?typeEnum?=?annotation.typeEnum();
????Object[]?params?=?pjp.getArgs();
????String?ukString?=?params[annotation.lockFiled()].toString();
????//?省略很多參數(shù)校驗(yàn)和判空
????String?businessKey?=?typeEnum.getUniqueKey(ukString);
????String?uniqueValue?=?UUID.randomUUID().toString();
????//?加鎖
????Object?result?=?null;
????try?{
????????boolean?isSuccess?=?redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(businessKey,?uniqueValue);
????????if?(!isSuccess)?{
????????????throw?new?Exception("You?can't?do?it,because?another?has?get?the?lock?=-=");
????????}
????????redisTemplate.expire(businessKey,?annotation.lockTime(),?TimeUnit.SECONDS);
????????Thread?currentThread?=?Thread.currentThread();
????????//?將本次?Task?信息加入「延時(shí)」隊(duì)列中
????????holderList.add(new?RedisLockDefinitionHolder(businessKey,?annotation.lockTime(),?System.currentTimeMillis(),
????????????????currentThread,?annotation.tryCount()));
????????//?執(zhí)行業(yè)務(wù)操作
????????result?=?pjp.proceed();
????????//?線程被中斷,拋出異常,中斷此次請(qǐng)求
????????if?(currentThread.isInterrupted())?{
????????????throw?new?InterruptedException("You?had?been?interrupted?=-=");
????????}
????}?catch?(InterruptedException?e?)?{
????????log.error("Interrupt?exception,?rollback?transaction",?e);
????????throw?new?Exception("Interrupt?exception,?please?send?request?again");
????}?catch?(Exception?e)?{
????????log.error("has?some?error,?please?check?again",?e);
????}?finally?{
????????//?請(qǐng)求結(jié)束后,強(qiáng)制刪掉?key,釋放鎖
????????redisTemplate.delete(businessKey);
????????log.info("release?the?lock,?businessKey?is?["?+?businessKey?+?"]");
????}
????return?result;
}

上述流程簡單總結(jié)一下:

  • 解析注解參數(shù),獲取注解值和方法上的參數(shù)值
  • redis 加鎖并且設(shè)置超時(shí)時(shí)間
  • 將本次 Task 信息加入「延時(shí)」隊(duì)列中,進(jìn)行續(xù)時(shí),方式提前釋放鎖
  • 加了一個(gè)線程中斷標(biāo)志
  • 結(jié)束請(qǐng)求,finally 中釋放鎖

續(xù)時(shí)操作

這里用了 ScheduledExecutorService,維護(hù)了一個(gè)線程,不斷對(duì)任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)進(jìn)行判斷和延長超時(shí)時(shí)間:

//?掃描的任務(wù)隊(duì)列
private?static?ConcurrentLinkedQueue<RedisLockDefinitionHolder>?holderList?=?new?ConcurrentLinkedQueue();
/**
?*?線程池,維護(hù)keyAliveTime
?*/
private?static?final?ScheduledExecutorService?SCHEDULER?=?new?ScheduledThreadPoolExecutor(1,
????????new?BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());
{
????//?兩秒執(zhí)行一次「續(xù)時(shí)」操作
????SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(()?->?{
????????//?這里記得加?try-catch,否者報(bào)錯(cuò)后定時(shí)任務(wù)將不會(huì)再執(zhí)行=-=
????????Iterator<RedisLockDefinitionHolder>?iterator?=?holderList.iterator();
????????while?(iterator.hasNext())?{
????????????RedisLockDefinitionHolder?holder?=?iterator.next();
????????????//?判空
????????????if?(holder?==?null)?{
????????????????iterator.remove();
????????????????continue;
????????????}
????????????//?判斷?key?是否還有效,無效的話進(jìn)行移除
????????????if?(redisTemplate.opsForValue().get(holder.getBusinessKey())?==?null)?{
????????????????iterator.remove();
????????????????continue;
????????????}
????????????//?超時(shí)重試次數(shù),超過時(shí)給線程設(shè)定中斷
????????????if?(holder.getCurrentCount()?>?holder.getTryCount())?{
????????????????holder.getCurrentTread().interrupt();
????????????????iterator.remove();
????????????????continue;
????????????}
????????????//?判斷是否進(jìn)入最后三分之一時(shí)間
????????????long?curTime?=?System.currentTimeMillis();
????????????boolean?shouldExtend?=?(holder.getLastModifyTime()?+?holder.getModifyPeriod())?<=?curTime;
????????????if?(shouldExtend)?{
????????????????holder.setLastModifyTime(curTime);
????????????????redisTemplate.expire(holder.getBusinessKey(),?holder.getLockTime(),?TimeUnit.SECONDS);
????????????????log.info("businessKey?:?["?+?holder.getBusinessKey()?+?"],?try?count?:?"?+?holder.getCurrentCount());
????????????????holder.setCurrentCount(holder.getCurrentCount()?+?1);
????????????}
????????}
????},?0,?2,?TimeUnit.SECONDS);
}

這段代碼,用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖中虛線框的思想,避免一個(gè)請(qǐng)求十分耗時(shí),導(dǎo)致提前釋放了鎖。

這里加了「線程中斷」Thread#interrupt,希望超過重試次數(shù)后,能讓線程中斷(未經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)測(cè)試,僅供參考哈哈哈哈)

不過建議如果遇到這么耗時(shí)的請(qǐng)求,還是能夠從根源上查找,分析耗時(shí)路徑,進(jìn)行業(yè)務(wù)優(yōu)化或其它處理,避免這些耗時(shí)操作。

所以記得多打點(diǎn) Log,分析問題時(shí)可以更快一點(diǎn)。記錄項(xiàng)目日志,一個(gè)注解搞定

五、開始測(cè)試

在一個(gè)入口方法中,使用該注解,然后在業(yè)務(wù)中模擬耗時(shí)請(qǐng)求,使用了 Thread#sleep

@GetMapping("/testRedisLock")
@RedisLockAnnotation(typeEnum?=?RedisLockTypeEnum.ONE,?lockTime?=?3)
public?Book?testRedisLock(@RequestParam("userId")?Long?userId)?{
????try?{
????????log.info("睡眠執(zhí)行前");
????????Thread.sleep(10000);
????????log.info("睡眠執(zhí)行后");
????}?catch?(Exception?e)?{
????????//?log?error
????????log.info("has?some?error",?e);
????}
????return?null;
}

使用時(shí),在方法上添加該注解,然后設(shè)定相應(yīng)參數(shù)即可,根據(jù) typeEnum 可以區(qū)分多種業(yè)務(wù),限制該業(yè)務(wù)被同時(shí)操作。

測(cè)試結(jié)果:

2020-04-04 14:55:50.864  INFO 9326 --- [nio-8081-exec-1] c.s.demo.controller.BookController       : 睡眠執(zhí)行前
2020-04-04 14:55:52.855  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 0
2020-04-04 14:55:54.851  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 1
2020-04-04 14:55:56.851  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 2
2020-04-04 14:55:58.852  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 3
2020-04-04 14:56:00.857  INFO 9326 --- [nio-8081-exec-1] c.s.demo.controller.BookController       : has some error
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
 at java.lang.Thread.sleep(Native Method) [na:1.8.0_221]

我這里測(cè)試的是重試次數(shù)過多,失敗的場(chǎng)景,如果減少睡眠時(shí)間,就能讓業(yè)務(wù)正常執(zhí)行。

如果同時(shí)請(qǐng)求,你將會(huì)發(fā)現(xiàn)以下錯(cuò)誤信息:

表示我們的鎖的確生效了,避免了重復(fù)請(qǐng)求。

六、總結(jié)

對(duì)于耗時(shí)業(yè)務(wù)和核心數(shù)據(jù),不能讓重復(fù)的請(qǐng)求同時(shí)操作數(shù)據(jù),避免數(shù)據(jù)的不正確,所以要使用分布式鎖來對(duì)它們進(jìn)行保護(hù)。

再來梳理一下設(shè)計(jì)流程:

  • 新建注解 @interface,在注解里設(shè)定入?yún)?biāo)志
  • 增加 AOP 切點(diǎn),掃描特定注解
  • 建立 @Aspect 切面任務(wù),注冊(cè) bean 和攔截特定方法
  • 特定方法參數(shù) ProceedingJoinPoint,對(duì)方法 pjp.proceed() 前后進(jìn)行攔截
  • 切點(diǎn)前進(jìn)行加鎖,任務(wù)執(zhí)行后進(jìn)行刪除 key

本次學(xué)習(xí)是通過 Review 小伙伴的代碼設(shè)計(jì),從中了解分布式鎖的具體實(shí)現(xiàn),仿照他的設(shè)計(jì),重新寫了一份簡化版的業(yè)務(wù)處理。對(duì)于之前沒考慮到的「續(xù)時(shí)」操作,這里使用了守護(hù)線程來定時(shí)判斷和延長超時(shí)時(shí)間,避免了鎖提前釋放。

于是乎,同時(shí)回顧了三個(gè)知識(shí)點(diǎn):

1、AOP 的實(shí)現(xiàn)和常用方法

2、定時(shí)線程池 ScheduledExecutorService 的使用和參數(shù)含義

3、線程 Thread#interrupt 的含義以及用法(這個(gè)挺有意思的,可以深入再學(xué)習(xí)一下)

以上就是SpringBoot利用注解來實(shí)現(xiàn)Redis分布式鎖的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于SpringBoot Redis分布式鎖的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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