什么是分布式锁？Redis实现分布式锁详解

╰+攻爆jí腚メ 2021-12-09 22:11 361阅读 0赞

在很多场景中，我们为了保证数据的最终一致性，需要很多的技术方案来支持，比如分布式事务、分布式锁等。那具体什么是分布式锁，分布式锁应用在哪些业务场景、如何来实现分布式锁呢？

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**0.1 什么是分布式锁**  
要介绍分布式锁，首先要提到与分布式锁相对应的是线程锁、进程锁。  
**1.线程锁**  
主要用来给方法、代码块加锁。当某个方法或代码使用锁，在同一时刻仅有一个线程执行该方法或该代码段。线程锁只在同一JVM中有效果，因为线程锁的实现在根本上是依靠线程之间共享内存实现的，比如synchronized是共享对象头，显示锁Lock是共享某个变量（state）。  
**2.进程锁**  
为了控制同一操作系统中多个进程访问某个共享资源，因为进程具有独立性，各个进程无法访问其他进程的资源，因此无法通过synchronized等线程锁实现进程锁。  
**3.分布式锁**  
当多个进程不在同一个系统中，用分布式锁控制多个进程对资源的访问。  
**0.2分布式锁的要求**  
首先，为了确保分布式锁可用，我们至少要确保锁的实现同时满足以下四个条件：

*  互斥性：任意时刻，只能有一个客户端获取锁，不能同时有两个客户端获取到锁。
 *  安全性：锁只能被持有该锁的客户端删除，不能由其它客户端删除。
 *  死锁：获取锁的客户端因为某些原因（如down机等）而未能释放锁，其它客户端再也无法获取到该锁。
 *  容错：当部分节点（redis节点等）down机时，客户端仍然能够获取锁和释放锁。

**0.3 分布式锁的应用场景**  
在传统单体应用单机部署的情况下，可以使用Java并发处理相关的API(如ReentrantLcok或synchronized)进行互斥控制。  
但是在分布式系统后，由于分布式系统多线程、多进程并且分布在不同机器上，这将使原单机部署情况下的并发控制锁策略失效，为了解决这个问题就需要一种跨JVM的互斥机制来控制共享资源的访问，这就是分布式锁的来源。  
分布式锁应用场景大都是用在高并发，大流量场景。当多个进程不在同一个系统中，就需要用分布式锁控制多个进程对资源的访问。  
**0.4 分布式锁的实现**  
分布式锁一般有三种实现方式：

*  数据库乐观锁；
 *  基于ZooKeeper的分布式锁;
 *  基于Redis的分布式锁；

**0.5 Redis实现分布式锁**  
基于Redis命令：SET key value NX EX max-lock-time  
这里补充下： 从2.6.12版本后, 就可以使用set来获取锁, Lua 脚本来释放锁。setnx是老黄历了，set命令nx,xx等参数, 是为了实现 setnx 的功能。  
**1.加锁**  
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"; /\*\* \* 尝试获取分布式锁 \* @param jedis Redis客户端 \* @param lockKey 锁 \* @param requestId 请求标识 \* @param expireTime 超期时间 \* @return 是否获取成功 \*/ 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)  
**这个set()方法一共有五个形参：**  
第一个为key，我们使用key来当锁，因为key是唯一的。  
第二个为value，我们传的是requestId，很多童鞋可能不明白，有key作为锁不就够了吗，为什么还要用到value？原因就是我们在上面讲到可靠性时，分布式锁要满足第四个条件解铃还须系铃人，通过给value赋值为requestId，我们就知道这把锁是哪个请求加的了，在解锁的时候就可以有依据。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。  
第三个为nxxx，这个参数我们填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即当key不存在时，我们进行set操作；若key已经存在，则不做任何操作；  
第四个为expx，这个参数我们传的是PX，意思是我们要给这个key加一个过期的设置，具体时间由第五个参数决定。  
第五个为time，与第四个参数相呼应，代表key的过期时间。  
**2.解锁**  
public class RedisTool \{ private static final Long RELEASE\_SUCCESS = 1L; /\*\* \* 释放分布式锁 \* @param jedis Redis客户端 \* @param lockKey 锁 \* @param requestId 请求标识 \* @return 是否释放成功 \*/ 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;\} \}  
那么这段Lua代码的功能是什么呢？其实很简单，首先获取锁对应的value值，检查是否与requestId相等，如果相等则删除锁（解锁）。那么为什么要使用Lua语言来实现呢，留给大家讨论探索。  
**0.6 其他分布式锁实现方案**  
还可以使用Redission(Redis 的客户端)集成实现分布式锁，也可以使用数据库、zookeeper等来实现  
**---END---**

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