快捷導(dǎo)航

redis實(shí)現(xiàn)紅鎖的示例代碼

更新時(shí)間：2025年04月08日 10:22:53 作者：morris131

在分布式系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠的鎖機(jī)制是非常重要的,本文主要介紹了redis實(shí)現(xiàn)紅鎖的示例代碼,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的可以了解一下

舉個(gè)真實(shí)的例子：你的團(tuán)隊(duì)剛上線了一個(gè)秒殺系統(tǒng)，用Redis鎖來防止超賣。測(cè)試環(huán)境明明跑得好好的，但大促當(dāng)晚卻出現(xiàn)了100件庫(kù)存賣出了120單的靈異事件。查看日志才發(fā)現(xiàn)：就在用戶瘋狂點(diǎn)擊的瞬間，Redis主節(jié)點(diǎn)突然掛了，新的主節(jié)點(diǎn)還沒拿到鎖的信息，結(jié)果兩個(gè)用戶同時(shí)搶到了"同一把鎖"。

這就是很多開發(fā)者踩過的坑——你以為用了Redis分布式鎖就萬事大吉，其實(shí)這些情況隨時(shí)可能讓鎖失效：

主節(jié)點(diǎn)剛給你加完鎖就崩潰了，從節(jié)點(diǎn)接班時(shí)一臉懵：“什么鎖？我沒聽說過啊”
你的程序正處理到一半突然卡住了（比如GC停頓），等回過神來鎖早就過期了
網(wǎng)絡(luò)抽風(fēng)導(dǎo)致鎖信息沒傳到位，多個(gè)客戶端都覺得自己拿到了鎖

為了解決這些頭疼問題，Redis作者提出了**紅鎖（RedLock）**方案。簡(jiǎn)單來說就是"不要把雞蛋放在一個(gè)籃子里"：讓多個(gè)獨(dú)立的Redis節(jié)點(diǎn)投票決定鎖的歸屬，只有半數(shù)以上同意才算真正拿到鎖。

但這套方案也引發(fā)過激烈爭(zhēng)論，有人甚至說它"數(shù)學(xué)上就不安全"。本文將用最直白的語(yǔ)言：

先帶你看看傳統(tǒng)Redis鎖在集群環(huán)境為什么容易翻車
拆解紅鎖這個(gè)"少數(shù)服從多數(shù)"的解決方案
手把手教你用Java代碼實(shí)現(xiàn)紅鎖
揭秘Redisson框架如何簡(jiǎn)化紅鎖的使用

讀完本文你會(huì)明白：沒有完美的分布式鎖，只有適合場(chǎng)景的選擇。下次設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，至少能清楚知道手里的鎖到底有幾成把握。

集群鎖的缺陷與挑戰(zhàn)

在Redis Cluster環(huán)境中，傳統(tǒng)的SETNX分布式鎖存在以下致命缺陷：主從切換導(dǎo)致鎖失效。

問題步驟復(fù)現(xiàn)：

客戶端A通過SET key random_val NX PX 30000在主節(jié)點(diǎn)成功獲取鎖
主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，Redis Cluster觸發(fā)故障轉(zhuǎn)移，從節(jié)點(diǎn)升級(jí)為新主節(jié)點(diǎn)
由于Redis主從復(fù)制是異步的，鎖可能未同步到新主節(jié)點(diǎn)
客戶端B向新主節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)相同資源的鎖，成功獲取導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)

# 主節(jié)點(diǎn)寫入鎖
SET resource_1 8a3e72 NX PX 10000  
OK

# 主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，從節(jié)點(diǎn)晉升但未同步鎖數(shù)據(jù)
# 新主節(jié)點(diǎn)處理客戶端B的請(qǐng)求
SET resource_1 5b9fd2 NX PX 10000  
OK  # 鎖被重復(fù)獲取！

紅鎖（RedLock）的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在N個(gè)獨(dú)立Redis節(jié)點(diǎn)（非Cluster模式）中，當(dāng)客戶端在半數(shù)以上節(jié)點(diǎn)成功獲取鎖，且總耗時(shí)小于鎖有效期時(shí)，才認(rèn)為鎖獲取成功。

實(shí)現(xiàn)步驟詳解

假設(shè)部署5個(gè)Redis節(jié)點(diǎn)（N=5）：

獲取當(dāng)前時(shí)間：記錄開始時(shí)間T1（毫秒精度）
依次向所有節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)鎖：

SET lock_key valueNX PX $ttl

value：全局唯一值（如UUID）
ttl：鎖自動(dòng)釋放時(shí)間（如10秒）

計(jì)算鎖有效性：

客戶端計(jì)算獲取鎖總耗時(shí)T_elapsed = T2 - T1（T2為最后響應(yīng)時(shí)間）
僅當(dāng)以下兩個(gè)條件滿足時(shí)，鎖才有效：

成功獲取鎖的節(jié)點(diǎn)數(shù) ≥ 3（N/2 + 1）

T_elapsed < ttl（確保鎖未過期）

加鎖成功，去操作共享資源
釋放鎖：向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送Lua腳本刪除鎖（需驗(yàn)證值）

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

NPC爭(zhēng)議問題

紅鎖算法自誕生起就伴隨著**N（網(wǎng)絡(luò)延遲）、P（進(jìn)程暫停）、C（時(shí)鐘漂移）**三個(gè)核心爭(zhēng)議，這些現(xiàn)實(shí)世界中的不確定因素，動(dòng)搖了紅鎖在數(shù)學(xué)意義上的絕對(duì)安全性。

網(wǎng)絡(luò)延遲（Network Delay）的致命時(shí)間差

問題場(chǎng)景：

客戶端在節(jié)點(diǎn)A、B、C成功獲取鎖，總耗時(shí)48ms（小于TTL 50ms）
但由于跨機(jī)房網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)，實(shí)際鎖在節(jié)點(diǎn)上的有效時(shí)間存在差異：
- 節(jié)點(diǎn)A記錄的鎖過期時(shí)間：客戶端本地時(shí)間+50ms = T+50
- 節(jié)點(diǎn)B因網(wǎng)絡(luò)延遲，實(shí)際鎖過期時(shí)間為T+52
- 節(jié)點(diǎn)C因網(wǎng)絡(luò)擁塞，實(shí)際鎖過期時(shí)間僅T+48
在時(shí)間窗口T+48到T+50之間，客戶端認(rèn)為鎖仍有效，但節(jié)點(diǎn)C的鎖已提前失效

后果：
其他客戶端可能在此期間獲取節(jié)點(diǎn)C的鎖，導(dǎo)致鎖狀態(tài)分裂，多個(gè)客戶端同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)。

進(jìn)程暫停（Process Pause）的「薛定諤鎖」

經(jīng)典案例：

// 偽代碼：獲取鎖后執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
if (redLock.tryLock()) {
    // 觸發(fā)Full GC暫停300ms
    System.gc(); 
    
    // 此時(shí)鎖已過期，但客戶端仍在寫數(shù)據(jù)
    updateInventory(); 
}

關(guān)鍵時(shí)間線：

T0: 獲取鎖（TTL=200ms）
T0+100ms: 進(jìn)入GC暫停，持續(xù)300ms
T0+400ms: GC結(jié)束，繼續(xù)執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
鎖實(shí)際在T0+200ms已失效，但客戶端在T0+400ms仍以為自己持有鎖

數(shù)據(jù)災(zāi)難：
其他客戶端在T0+200ms到T0+400ms期間可能修改數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最終結(jié)果錯(cuò)亂。

時(shí)鐘漂移（Clock Drift）的時(shí)空扭曲

物理機(jī)時(shí)鐘偏移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

節(jié)點(diǎn)	時(shí)鐘誤差范圍	常見誘因
節(jié)點(diǎn)A	±200ms/分鐘	虛擬機(jī)時(shí)鐘不同步
節(jié)點(diǎn)B	±500ms/天	NTP服務(wù)異常
節(jié)點(diǎn)C	±10秒/小時(shí)	宿主機(jī)硬件時(shí)鐘故障

連鎖反應(yīng)：

客戶端計(jì)算鎖有效期基于本地時(shí)鐘（假設(shè)為T+100ms）
但節(jié)點(diǎn)B的時(shí)鐘比實(shí)際快30秒，導(dǎo)致其記錄的鎖過期時(shí)間為T-29000ms
鎖在客戶端認(rèn)為的有效期內(nèi)提前被節(jié)點(diǎn)B自動(dòng)釋放

行業(yè)領(lǐng)袖的正面交鋒

Martin Kleppmann（《數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用設(shè)計(jì)》作者）：

“紅鎖依賴的假設(shè)——『客戶端能準(zhǔn)確感知鎖存活時(shí)間』，在異步分布式系統(tǒng)中根本無法保證。即使沒有節(jié)點(diǎn)故障，NPC問題也會(huì)導(dǎo)致鎖狀態(tài)的不確定性。”

Antirez（Redis作者）的反駁：

"工程實(shí)踐中可以通過以下手段控制風(fēng)險(xiǎn)：

使用帶溫度補(bǔ)償?shù)脑隅娪布?/p>
禁用NTP服務(wù)的時(shí)鐘跳變調(diào)整

監(jiān)控進(jìn)程暫停（如GC日志分析）

為鎖TTL設(shè)置冗余緩沖時(shí)間（如額外20%）"

紅鎖的Java實(shí)現(xiàn)示例

使用Jedis客戶端實(shí)現(xiàn)紅鎖：

package com.morris.redis.demo.redlock;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 使用jedis手寫RedLock
 */
public class JedisRedLock {

    public static final int EXPIRE_TIME = 30_000;

    private final List<JedisPool> jedisPoolList;

    private final String lockKey;

    private final String lockValue;

    public JedisRedLock(List<JedisPool> jedisPoolList, String lockKey) {
        this.jedisPoolList = jedisPoolList;
        this.lockKey = lockKey;
        this.lockValue = UUID.randomUUID().toString();
    }

    public void lock() {
        while (!tryLock()) {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); // 失敗后短暫等待
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    public boolean tryLock() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        int successCount = 0;
        try {
            for (JedisPool jedisPool : jedisPoolList) {
                try (Jedis jedis = jedisPool.getResource();) {
                    // 原子化加鎖：SET lockKey UUID NX PX expireTime
                    String result = jedis.set(lockKey, lockValue,
                            SetParams.setParams().nx().px(EXPIRE_TIME));
                    if ("OK".equals(result)) {
                        successCount++;
                    }
                }
            }
            // 計(jì)算獲取鎖耗時(shí)
            long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;

            // 驗(yàn)證：多數(shù)節(jié)點(diǎn)成功 且 耗時(shí)小于TTL
            return successCount >= (jedisPoolList.size() / 2 + 1) && elapsedTime < EXPIRE_TIME;
        } finally {
            // 若加鎖失敗，立即釋放已獲得的鎖
            if (successCount < (jedisPoolList.size() / 2 + 1)) {
                unlock();
            }
        }
    }

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

        for (JedisPool jedisPool : jedisPoolList) {
            try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
                jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(lockValue));
            }
        }
    }

}

手寫RedLock的使用：

package com.morris.redis.demo.redlock;

import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 手寫RedLock的使用
 */
public class JedisRedLockDemo {

    private volatile static int count;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<JedisPool> jedisPoolList = new ArrayList<>();
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6379));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6380));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6381));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6382));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6383));

        int threadCount = 3;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                JedisRedLock jedisRedLock = new JedisRedLock(jedisPoolList, "lock-key");
                jedisRedLock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，開始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。。。");
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，結(jié)束執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。。。");
                    count++;
                } finally {
                    jedisRedLock.unlock();
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }

        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(count);
    }

}

Redisson中紅鎖的使用

Redisson已封裝紅鎖實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)處理節(jié)點(diǎn)通信與鎖續(xù)期：

package com.morris.redis.demo.redlock;

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.RedissonRedLock;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Redisson中紅鎖的使用
 */
public class RedissonRedLockDemo {

    private volatile static int count;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        List<String> serverList = Arrays.asList("redis://127.0.0.1:6379", "redis://127.0.0.1:6380", "redis://127.0.0.1:6381",
                "redis://127.0.0.1:6382", "redis://127.0.0.1:6383");

        List<RedissonClient> redissonClientList = new ArrayList<>(serverList.size());
        for (String server : serverList) {
            Config config = new Config();
            config.useSingleServer()
                    .setAddress(server);

            redissonClientList.add(Redisson.create(config));
        }

        List<RLock> lockList = new ArrayList<>(redissonClientList.size());
        for (RedissonClient redissonClient : redissonClientList) {
            lockList.add(redissonClient.getLock("java-lock"));
        }
        
        int threadCount = 3;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                RedissonRedLock redissonRedLock = new RedissonRedLock(lockList.toArray(new RLock[0]));
                redissonRedLock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，開始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。。。");
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，結(jié)束執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。。。");
                    count++;
                } finally {
                    redissonRedLock.unlock();
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }

        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(count);

        for (RedissonClient redissonClient : redissonClientList) {
            redissonClient.shutdown();
        }
    }

}

Redisson優(yōu)勢(shì)：