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分布式锁(二)

2024.10.11 | cuithink | 54次围观

基于redis如何实现分布式锁?有什么缺陷?

基于redis如何实现分布式锁?这里一定要看Redis的官网在新窗口打开的分布式锁的实现这篇文章。

set NX PX + Lua

加锁: set NX PX + 重试 + 重试间隔

向Redis发起如下命令: SET productId:lock 0xx9p03001 NX PX 30000 其中,"productId"由自己定义,可以是与本次业务有关的id,"0xx9p03001"是一串随机值,必须保证全局唯一(原因在后文中会提到),“NX"指的是当且仅当key(也就是案例中的"productId:lock”)在Redis中不存在时,返回执行成功,否则执行失败。"PX 30000"指的是在30秒后,key将被自动删除。执行命令后返回成功,表明服务成功的获得了锁。

@Override
public boolean lock(String key, long expire, int retryTimes, long retryDuration) {
    // use JedisCommands instead of setIfAbsense
    boolean result = setRedis(key, expire);

    // retry if needed
    while ((!result) && retryTimes-- > 0) {
        try {
            log.debug("lock failed, retrying..." + retryTimes);
            Thread.sleep(retryDuration);
        } catch (Exception e) {
            return false;
        }

        // use JedisCommands instead of setIfAbsense
        result = setRedis(key, expire);
    }
    return result;
}

private boolean setRedis(String key, long expire) {
    try {
        RedisCallback<String> redisCallback = connection -> {
            JedisCommands commands = (JedisCommands) connection.getNativeConnection();
            String uuid = SnowIDUtil.uniqueStr();
            lockFlag.set(uuid);
            return commands.set(key, uuid, NX, PX, expire); // 看这里
        };
        String result = redisTemplate.execute(redisCallback);
        return !StringUtil.isEmpty(result);
    } catch (Exception e) {
        log.error("set redis occurred an exception", e);
    }
    return false;
}

解锁:采用lua脚本

在删除key之前,一定要判断服务A持有的value与Redis内存储的value是否一致。如果贸然使用服务A持有的key来删除锁,则会误将服务B的锁释放掉。

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

基于RedLock实现分布式锁

这是Redis作者推荐的分布式集群情况下的方式,请看这篇文章Is Redlock safe?在新窗口打开

假设有两个服务A、B都希望获得锁,有一个包含了5个redis master的Redis Cluster,执行过程大致如下:

  1. 客户端获取当前时间戳,单位: 毫秒

  2. 服务A轮寻每个master节点,尝试创建锁。(这里锁的过期时间比较短,一般就几十毫秒) RedLock算法会尝试在大多数节点上分别创建锁,假如节点总数为n,那么大多数节点指的是n/2+1。

  3. 客户端计算成功建立完锁的时间,如果建锁时间小于超时时间,就可以判定锁创建成功。如果锁创建失败,则依次(遍历master节点)删除锁。

  4. 只要有其它服务创建过分布式锁,那么当前服务就必须轮寻尝试获取锁。

基于Redis的客户端

这里Redis的客户端(Jedis, Redisson, Lettuce等)都是基于上述两类形式来实现分布式锁的,只是两类形式的封装以及一些优化(比如Redisson的watch dog)。

以基于Redisson实现分布式锁为例(支持了 单实例、Redis哨兵、redis cluster、redis master-slave等各种部署架构):

特色

  1. redisson所有指令都通过lua脚本执行,保证了操作的原子性

  2. redisson设置了watchdog看门狗,“看门狗”的逻辑保证了没有死锁发生

  3. redisson支持Redlock的实现方式。

过程

  1. 线程去获取锁,获取成功: 执行lua脚本,保存数据到redis数据库。

  2. 线程去获取锁,获取失败: 订阅了解锁消息,然后再尝试获取锁,获取成功后,执行lua脚本,保存数据到redis数据库。

互斥

如果这个时候客户端B来尝试加锁,执行了同样的一段lua脚本。第一个if判断会执行“exists myLock”,发现myLock这个锁key已经存在。接着第二个if判断,判断myLock锁key的hash数据结构中,是否包含客户端B的ID,但明显没有,那么客户端B会获取到pttl myLock返回的一个数字,代表myLock这个锁key的剩余生存时间。此时客户端B会进入一个while循环,不听的尝试加锁。

watch dog自动延时机制

客户端A加锁的锁key默认生存时间只有30秒,如果超过了30秒,客户端A还想一直持有这把锁,怎么办?其实只要客户端A一旦加锁成功,就会启动一个watch dog看门狗,它是一个后台线程,会每隔10秒检查一下,如果客户端A还持有锁key,那么就会不断的延长锁key的生存时间。

可重入

每次lock会调用incrby,每次unlock会减一。

进一步理解

  1. 借助Redis实现分布式锁时,有一个共同的缺陷: 当获取锁被拒绝后,需要不断的循环,重新发送获取锁(创建key)的请求,直到请求成功。这就造成空转,浪费宝贵的CPU资源。

  2. RedLock算法本身有争议,具体看这篇文章How to do distributed locking在新窗口打开 以及作者的回复Is Redlock safe?在新窗口打开

基于zookeeper如何实现分布式锁?

说几个核心点:

  • 顺序节点

创建一个用于发号的节点“/test/lock”,然后以它为父亲节点的前缀为“/test/lock/seq-”依次发号:

  • 获得最小号得锁

由于序号的递增性,可以规定排号最小的那个获得锁。所以,每个线程在尝试占用锁之前,首先判断自己是排号是不是当前最小,如果是,则获取锁。

  • 节点监听机制

每个线程抢占锁之前,先抢号创建自己的ZNode。同样,释放锁的时候,就需要删除抢号的Znode。抢号成功后,如果不是排号最小的节点,就处于等待通知的状态。等谁的通知呢?不需要其他人,只需要等前一个Znode 的通知就可以了。当前一个Znode 删除的时候,就是轮到了自己占有锁的时候。第一个通知第二个、第二个通知第三个,击鼓传花似的依次向后。

使用redisson

 /**
  * @description:
  * @author: Ning Zaichun
  */
 @Configuration
 public class MyRedissonConfig {
 
     /**
      * 所有对Redisson的使用都是通过RedissonClient
      * @return
      * @throws IOException
      */
     @Bean(destroyMethod="shutdown")
     public RedissonClient redissonClient() throws IOException {
         //1、创建配置
         Config config = new Config();
        // 这里规定要用 redis://+IP地址
           config.useSingleServer().setAddress("redis://xxxxx:6379").setPassword("000415");   // 有密码就写密码~ 木有不用写~
         //2、根据Config创建出RedissonClient实例
         //Redis url should start with redis:// or rediss://
         RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
         return redissonClient;
     }
 }


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