redis一般锁和分布式锁的原理简析

╰半橙微兮° 2022-02-16 13:10 211阅读 0赞

## redis分布式锁的实现方式 ##

redis中存在一个指令，setnx，即set if not exist，如果此时key不存在则返回1，并对key赋值；如果key已经在redis中存在，则直接返回0，并且啥也不干。

### 一般锁原理 ###

p1(线程1) setnx lock value返回1说明key不存在，获取锁成功  
p2(线程2)也执行 setnx lock value返回0，获取锁失败，所以p2需要不断轮询setnx直到获取1  
正常情况下p1 执行完了，del lock，即释放锁，然后p2获得锁

### 死锁问题与解决 ###

上面场景考虑一种情况，如果进程p1获得锁后，断开了与 Redis 的连接（可能是p1挂掉，或者网络中断），如果没有有效的释放锁的机制，那么其p2会处于一直等待的状态，即出现“死锁”。

解决死锁方案一  
上面在使用 SETNX 获得锁时，我们将键 lock 的值设置为锁的有效时间（即current+locktime），进程获得锁后，其他进程还会不断的检测锁是否已超时，如果超时，那么等待的进程也将有机会获得锁。

p1设置 setnx  lock current+locktime  
因为 p1挂掉了，p1不会自动删除lock  
p2和p3通过循环get获取value值，并和当前current值比较，lock过期状态可能被p2和p3同时获取到，所以p2，p3可能先后执行删除lock并设置新的锁 问题：p2和P3同时获得了锁  
解决办法  
p2 p3在获取到lockfool的过期状态时并不立刻设置新的锁，而是采用getSet，并比较get到的时间是否小于当前时间，如果是那么设置新的锁，否则说明别的线程已经设置新的锁，只能再次等待。  
问题：假设p2先getSet，p3再getSet，那么p2的锁时间会被篡改。这个其实可以忍受  
https://blog.csdn.net/lihao21/article/details/49104695

参考官网：https://redis.io/commands/setnx  
带有java实现代码：https://juejin.im/post/5b737b9b518825613d3894f4  实现和代码

### 分布式与集群场景下的问题 ###

上面方案看似比较完美了，但是在redis为集群和分布式场景下可能有问题

机器宕机问题：1master和1slave，lock对应的key刚刚写入master还没有同步给slave，master宕机，slave切换为master，因为key未同步，所以另一线程依旧可以获取锁。  
分布式问题：redis有多个实例，并且不是在同一个集群中，那么如果请求一次有返回1就表示成功肯定不行，因为假设5个master，那么每个master都可以提供一个锁，显然是不对的哈

### 集群Redis的分布式锁 ###

在Redis的分布式环境中，Redis 的作者提供了RedLock 的算法来实现一个分布式锁。  
4.1 加锁  
RedLock算法加锁步骤如下

1.  获取当前Unix时间，以毫秒为单位。
2.  依次尝试从N个实例，使用相同的key和随机值获取锁。在步骤2，当向Redis设置锁时,客户端应该设置一个网络连接和响应超时时间，这个超时时间应该小于锁的失效时间。例如你的锁自动失效时间为10秒，则超时时间应该在5-50毫秒之间。这样可以避免服务器端Redis已经挂掉的情况下，客户端还在死死地等待响应结果。如果服务器端没有在规定时间内响应，客户端应该尽快尝试另外一个Redis实例。
3.  客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（步骤1记录的时间）就得到获取锁使用的时间。当且仅当从大多数（这里是3个节点）的Redis节点都取到锁，并且使用的时间小于锁失效时间时，锁才算获取成功。
4.  如果取到了锁，key的真正有效时间等于有效时间减去获取锁所使用的时间（步骤3计算的结果）。
5.  如果因为某些原因，获取锁失败（没有在至少N/2+1个Redis实例取到锁或者取锁时间已经超过了有效时间），客户端应该在所有的Redis实例上进行解锁（即便某些Redis实例根本就没有加锁成功）。

4.2 解锁  
向所有的Redis实例发送释放锁命令即可，不用关心之前有没有从Redis实例成功获取到锁.

借鉴链接：https://juejin.im/post/5b737b9b518825613d3894f4