Redis分布式锁之红锁

左手的ㄟ右手 2022-12-29 06:48 165阅读 0赞

一、问题

分布式锁，当我们请求一个分布式锁的时候，成功了，但是这时候slave还没有复制我们的锁，masterDown了，我们的应用继续请求锁的时候，会从继任了master的原slave上申请，也会成功。

这就会导致，同一个锁被获取了不止一次。  
二、办法

Redis中针对此种情况，引入了红锁的概念。  
三、原理

用Redis中的多个master实例，来获取锁，只有大多数实例获取到了锁，才算是获取成功。具体的红锁算法分为以下五步：

*  获取当前的时间（单位是毫秒）。
 *  使用相同的key和随机值在N个节点上请求锁。这里获取锁的尝试时间要远远小于锁的超时时间，防止某个masterDown了，我们还在不断的获取锁，而被阻塞过长的时间。
 *  只有在大多数节点上获取到了锁，而且总的获取时间小于锁的超时时间的情况下，认为锁获取成功了。
 *  如果锁获取成功了，锁的超时时间就是最初的锁超时时间进去获取锁的总耗时时间。
 *  如果锁获取失败了，不管是因为获取成功的节点的数目没有过半，还是因为获取锁的耗时超过了锁的释放时间，都会将已经设置了key的master上的key删除。

四、实战

Redission就实现了红锁算法，使用的步骤如下：  
1、引入maven

<dependency>
       <groupId>org.redisson</groupId>
       <artifactId>redisson</artifactId>
       <version>3.9.0</version>
    </dependency>

2、引入代码

Config config1 = new Config();
    config1.useSingleServer().setAddress("redis://172.0.0.1:5378").setPassword("a123456").setDatabase(0);
    RedissonClient redissonClient1 = Redisson.create(config1);
    
    Config config2 = new Config();
    config2.useSingleServer().setAddress("redis://172.0.0.1:5379").setPassword("a123456").setDatabase(0);
    RedissonClient redissonClient2 = Redisson.create(config2);
    
    Config config3 = new Config();
    config3.useSingleServer().setAddress("redis://172.0.0.1:5380").setPassword("a123456").setDatabase(0);
    RedissonClient redissonClient3 = Redisson.create(config3);
    
    /** * 获取多个 RLock 对象 */
    RLock lock1 = redissonClient1.getLock(lockKey);
    RLock lock2 = redissonClient2.getLock(lockKey);
    RLock lock3 = redissonClient3.getLock(lockKey);
    
    /** * 根据多个 RLock 对象构建 RedissonRedLock （最核心的差别就在这里） */
    RedissonRedLock redLock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
    
    try { 
        /** * 4.尝试获取锁 * waitTimeout 尝试获取锁的最大等待时间，超过这个值，则认为获取锁失败 * leaseTime 锁的持有时间,超过这个时间锁会自动失效（值应设置为大于业务处理的时间，确保在锁有效期内业务能处理完） */
        boolean res = redLock.tryLock((long)waitTimeout, (long)leaseTime, TimeUnit.SECONDS);
        if (res) { 
            //成功获得锁，在这里处理业务
        }
    } catch (Exception e) { 
        throw new RuntimeException("aquire lock fail");
    }finally{ 
        //无论如何, 最后都要解锁
        redLock.unlock();
    }

3、核心源码

public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException { 
        long newLeaseTime = -1;
        if (leaseTime != -1) { 
            newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime)*2;
        }
        
        long time = System.currentTimeMillis();
        long remainTime = -1;
        if (waitTime != -1) { 
            remainTime = unit.toMillis(waitTime);
        }
        long lockWaitTime = calcLockWaitTime(remainTime);
        /** * 1. 允许加锁失败节点个数限制（N-(N/2+1)） */
        int failedLocksLimit = failedLocksLimit();
        /** * 2. 遍历所有节点通过EVAL命令执行lua加锁 */
        List<RLock> acquiredLocks = new ArrayList<>(locks.size());
        for (ListIterator<RLock> iterator = locks.listIterator(); iterator.hasNext();) { 
            RLock lock = iterator.next();
            boolean lockAcquired;
            /** * 3.对节点尝试加锁 */
            try { 
                if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) { 
                    lockAcquired = lock.tryLock();
                } else { 
                    long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime);
                    lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            } catch (RedisResponseTimeoutException e) { 
                // 如果抛出这类异常，为了防止加锁成功，但是响应失败，需要解锁所有节点
                unlockInner(Arrays.asList(lock));
                lockAcquired = false;
            } catch (Exception e) { 
                // 抛出异常表示获取锁失败
                lockAcquired = false;
            }
            
            if (lockAcquired) { 
                /** *4. 如果获取到锁则添加到已获取锁集合中 */
                acquiredLocks.add(lock);
            } else { 
                /** * 5. 计算已经申请锁失败的节点是否已经到达 允许加锁失败节点个数限制 （N-(N/2+1)） * 如果已经到达， 就认定最终申请锁失败，则没有必要继续从后面的节点申请了 * 因为 Redlock 算法要求至少N/2+1 个节点都加锁成功，才算最终的锁申请成功 */
                if (locks.size() - acquiredLocks.size() == failedLocksLimit()) { 
                    break;
                }
    
                if (failedLocksLimit == 0) { 
                    unlockInner(acquiredLocks);
                    if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) { 
                        return false;
                    }
                    failedLocksLimit = failedLocksLimit();
                    acquiredLocks.clear();
                    // reset iterator
                    while (iterator.hasPrevious()) { 
                        iterator.previous();
                    }
                } else { 
                    failedLocksLimit--;
                }
            }
    
            /** * 6.计算 目前从各个节点获取锁已经消耗的总时间，如果已经等于最大等待时间，则认定最终申请锁失败，返回false */
            if (remainTime != -1) { 
                remainTime -= System.currentTimeMillis() - time;
                time = System.currentTimeMillis();
                if (remainTime <= 0) { 
                    unlockInner(acquiredLocks);
                    return false;
                }
            }
        }
    
        if (leaseTime != -1) { 
            List<RFuture<Boolean>> futures = new ArrayList<>(acquiredLocks.size());
            for (RLock rLock : acquiredLocks) { 
                RFuture<Boolean> future = ((RedissonLock) rLock).expireAsync(unit.toMillis(leaseTime), TimeUnit.MILLISECONDS);
                futures.add(future);
            }
            
            for (RFuture<Boolean> rFuture : futures) { 
                rFuture.syncUninterruptibly();
            }
        }
    
        /** * 7.如果逻辑正常执行完则认为最终申请锁成功，返回true */
        return true;
    }