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Redis分布式锁RedLock Redis分布式锁升级版RedLock及SpringBoot实现方法

等不到的口琴 人气:0
想了解Redis分布式锁升级版RedLock及SpringBoot实现方法的相关内容吗,等不到的口琴在本文为您仔细讲解Redis分布式锁RedLock的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:Redis分布式锁RedLock,Redis,SpringBoot实现,下面大家一起来学习吧。

分布式锁概览

在多线程的环境下,为了保证一个代码块在同一时间只能由一个线程访问,Java中我们一般可以使用synchronized语法和ReetrantLock去保证,这实际上是本地锁的方式。但是现在公司都是流行分布式架构,在分布式环境下,如何保证不同节点的线程同步执行呢?因此就引出了分布式锁,它是控制分布式系统之间互斥访问共享资源的一种方式。

在一个分布式系统中,多台机器上部署了多个服务,当客户端一个用户发起一个数据插入请求时,如果没有分布式锁机制保证,那么那多台机器上的多个服务可能进行并发插入操作,导致数据重复插入,对于某些不允许有多余数据的业务来说,这就会造成问题。而分布式锁机制就是为了解决类似这类问题,保证多个服务之间互斥的访问共享资源,如果一个服务抢占了分布式锁,其他服务没获取到锁,就不进行后续操作。大致意思如下图所示:

分布式锁的特点

分布式锁一般有如下的特点:

分布式锁的实现方式

我们一般实现分布式锁有以下几种方式:

Redis普通分布式锁存在的问题

说到Redis分布式锁,大部分人都会想到:setnx+lua(redis保证执行lua脚本时不执行其他操作,保证操作的原子性),或者知道set key value px milliseconds nx。后一种方式的核心实现命令如下:

- 获取锁(unique_value可以是UUID等)
SET resource_name unique_value NX PX 30000

- 释放锁(lua脚本中,一定要比较value,防止误解锁)
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then 
 return redis.call("del",KEYS[1])
else 
 return 0
end

这种实现方式有3大要点(也是面试概率非常高的地方):

事实上这类锁最大的缺点就是它加锁时只作用在一个Redis节点上,即使Redis通过sentinel保证高可用,如果这个master节点由于某些原因发生了主从切换,那么就会出现锁丢失的情况:

  1. 在Redis的master节点上拿到了锁;
  2. 但是这个加锁的key还没有同步到slave节点;
  3. master故障,发生故障转移,slave节点升级为master节点;
  4. 导致锁丢失。

为了避免单点故障问题,Redis作者antirez基于分布式环境下提出了一种更高级的分布式锁的实现方式:Redlock。Redlock也是Redis所有分布式锁实现方式中唯一能让面试官高潮的方式。

Redis高级分布式锁:Redlock

antirez提出的redlock算法大概是这样的:

在Redis的分布式环境中,我们假设有N个Redis master。这些节点完全互相独立,不存在主从复制或者其他集群协调机制。我们确保将在N个实例上使用与在Redis单实例下相同方法获取和释放锁。现在我们假设有5个Redis master节点,同时我们需要在5台服务器上面运行这些Redis实例,这样保证他们不会同时都宕掉。

为了取到锁,客户端应该执行以下操作:

Redlock源码

redisson已经有对redlock算法封装,接下来对其用法进行简单介绍,并对核心源码进行分析(假设5个redis实例)。

1. Redlock依赖

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.redisson/redisson -->
<dependency>
 <groupId>org.redisson</groupId>
 <artifactId>redisson</artifactId>
 <version>3.3.2</version>
</dependency>

2. Redlock用法

首先,我们来看一下redission封装的redlock算法实现的分布式锁用法,非常简单,跟重入锁(ReentrantLock)有点类似:

Config config = new Config();
config.useSentinelServers().addSentinelAddress("127.0.0.1:6369","127.0.0.1:6379", "127.0.0.1:6389")
 .setMasterName("masterName")
 .setPassword("password").setDatabase(0);
RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
// 还可以getFairLock(), getReadWriteLock()
RLock redLock = redissonClient.getLock("REDLOCK_KEY");
boolean isLock;
try {
 isLock = redLock.tryLock();
 // 500ms拿不到锁, 就认为获取锁失败。10000ms即10s是锁失效时间。
 isLock = redLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
 if (isLock) {
 //TODO if get lock success, do something;
 }
} catch (Exception e) {
} finally {
 // 无论如何, 最后都要解锁
 redLock.unlock();
}

3. Redlock唯一ID

实现分布式锁的一个非常重要的点就是set的value要具有唯一性,redisson的value是怎样保证value的唯一性呢?答案是UUID+threadId。入口在redissonClient.getLock("REDLOCK_KEY"),源码在Redisson.java和RedissonLock.java中:

protected final UUID id = UUID.randomUUID();
String getLockName(long threadId) {
 return id + ":" + threadId;
}

4. Redlock获取锁

获取锁的代码为redLock.tryLock()或者redLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS),两者的最终核心源码都是下面这段代码,只不过前者获取锁的默认租约时间(leaseTime)是LOCK_EXPIRATION_INTERVAL_SECONDS,即30s:

<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
 internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
 // 获取锁时向5个redis实例发送的命令
 return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
  // 首先分布式锁的KEY不能存在,如果确实不存在,那么执行hset命令(hset REDLOCK_KEY uuid+threadId 1),并通过pexpire设置失效时间(也是锁的租约时间)
  "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
   "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
   "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
   "return nil; " +
  "end; " +
  // 如果分布式锁的KEY已经存在,并且value也匹配,表示是当前线程持有的锁,那么重入次数加1,并且设置失效时间
  "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
   "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
   "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
   "return nil; " +
  "end; " +
  // 获取分布式锁的KEY的失效时间毫秒数
  "return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
  // 这三个参数分别对应KEYS[1],ARGV[1]和ARGV[2]
  Collections.<Object>singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}

获取锁的命令中,

5. Redlock释放锁

释放锁的代码为redLock.unlock(),核心源码如下:

protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
 // 向5个redis实例都执行如下命令
 return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
  // 如果分布式锁KEY不存在,那么向channel发布一条消息
  "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
  "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
  "return 1; " +
  "end;" +
  // 如果分布式锁存在,但是value不匹配,表示锁已经被占用,那么直接返回
  "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
  "return nil;" +
  "end; " +
  // 如果就是当前线程占有分布式锁,那么将重入次数减1
  "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
  // 重入次数减1后的值如果大于0,表示分布式锁有重入过,那么只设置失效时间,还不能删除
  "if (counter > 0) then " +
  "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
  "return 0; " +
  "else " +
  // 重入次数减1后的值如果为0,表示分布式锁只获取过1次,那么删除这个KEY,并发布解锁消息
  "redis.call('del', KEYS[1]); " +
  "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
  "return 1; "+
  "end; " +
  "return nil;",
  // 这5个参数分别对应KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]和ARGV[3]
  Arrays.<Object>asList(getName(), getChannelName()), LockPubSub.unlockMessage, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));

}

Redis实现的分布式锁轮子

下面利用SpringBoot + Jedis + AOP的组合来实现一个简易的分布式锁。

1. 自定义注解

自定义一个注解,被注解的方法会执行获取分布式锁的逻辑

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface RedisLock {
 /**
 * 业务键
 *
 * @return
 */
 String key();
 /**
 * 锁的过期秒数,默认是5秒
 *
 * @return
 */
 int expire() default 5;

 /**
 * 尝试加锁,最多等待时间
 *
 * @return
 */
 long waitTime() default Long.MIN_VALUE;
 /**
 * 锁的超时时间单位
 *
 * @return
 */
 TimeUnit timeUnit() default TimeUnit.SECONDS;
}

2. AOP拦截器实现

在AOP中我们去执行获取分布式锁和释放分布式锁的逻辑,代码如下:

@Aspect
@Component
public class LockMethodAspect {
 @Autowired
 private RedisLockHelper redisLockHelper;
 @Autowired
 private JedisUtil jedisUtil;
 private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LockMethodAspect.class);

 @Around("@annotation(com.redis.lock.annotation.RedisLock)")
 public Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
 Jedis jedis = jedisUtil.getJedis();
 MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
 Method method = signature.getMethod();

 RedisLock redisLock = method.getAnnotation(RedisLock.class);
 String value = UUID.randomUUID().toString();
 String key = redisLock.key();
 try {
  final boolean islock = redisLockHelper.lock(jedis,key, value, redisLock.expire(), redisLock.timeUnit());
  logger.info("isLock : {}",islock);
  if (!islock) {
  logger.error("获取锁失败");
  throw new RuntimeException("获取锁失败");
  }
  try {
  return joinPoint.proceed();
  } catch (Throwable throwable) {
  throw new RuntimeException("系统异常");
  }
 } finally {
  logger.info("释放锁");
  redisLockHelper.unlock(jedis,key, value);
  jedis.close();
 }
 }
}

3. Redis实现分布式锁核心类

@Component
public class RedisLockHelper {
 private long sleepTime = 100;
 /**
 * 直接使用setnx + expire方式获取分布式锁
 * 非原子性
 *
 * @param key
 * @param value
 * @param timeout
 * @return
 */
 public boolean lock_setnx(Jedis jedis,String key, String value, int timeout) {
 Long result = jedis.setnx(key, value);
 // result = 1时,设置成功,否则设置失败
 if (result == 1L) {
  return jedis.expire(key, timeout) == 1L;
 } else {
  return false;
 }
 }

 /**
 * 使用Lua脚本,脚本中使用setnex+expire命令进行加锁操作
 *
 * @param jedis
 * @param key
 * @param UniqueId
 * @param seconds
 * @return
 */
 public boolean Lock_with_lua(Jedis jedis,String key, String UniqueId, int seconds) {
 String lua_scripts = "if redis.call('setnx',KEYS[1],ARGV[1]) == 1 then" +
  "redis.call('expire',KEYS[1],ARGV[2]) return 1 else return 0 end";
 List<String> keys = new ArrayList<>();
 List<String> values = new ArrayList<>();
 keys.add(key);
 values.add(UniqueId);
 values.add(String.valueOf(seconds));
 Object result = jedis.eval(lua_scripts, keys, values);
 //判断是否成功
 return result.equals(1L);
 }

 /**
 * 在Redis的2.6.12及以后中,使用 set key value [NX] [EX] 命令
 *
 * @param key
 * @param value
 * @param timeout
 * @return
 */
 public boolean lock(Jedis jedis,String key, String value, int timeout, TimeUnit timeUnit) {
 long seconds = timeUnit.toSeconds(timeout);
 return "OK".equals(jedis.set(key, value, "NX", "EX", seconds));
 }

 /**
 * 自定义获取锁的超时时间
 *
 * @param jedis
 * @param key
 * @param value
 * @param timeout
 * @param waitTime
 * @param timeUnit
 * @return
 * @throws InterruptedException
 */
 public boolean lock_with_waitTime(Jedis jedis,String key, String value, int timeout, long waitTime,TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException {
 long seconds = timeUnit.toSeconds(timeout);
 while (waitTime >= 0) {
  String result = jedis.set(key, value, "nx", "ex", seconds);
  if ("OK".equals(result)) {
  return true;
  }
  waitTime -= sleepTime;
  Thread.sleep(sleepTime);
 }
 return false;
 }
 /**
 * 错误的解锁方法—直接删除key
 *
 * @param key
 */
 public void unlock_with_del(Jedis jedis,String key) {
 jedis.del(key);
 }

 /**
 * 使用Lua脚本进行解锁操纵,解锁的时候验证value值
 *
 * @param jedis
 * @param key
 * @param value
 * @return
 */
 public boolean unlock(Jedis jedis,String key,String value) {
 String luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
  "return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
 return jedis.eval(luaScript, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value)).equals(1L);
 }
}

4. Controller层控制

定义一个TestController来测试我们实现的分布式锁

@RestController
public class TestController {
 @RedisLock(key = "redis_lock")
 @GetMapping("/index")
 public String index() {
 return "index";
 }
}

站在巨人的肩膀上

1.Redlock:Redis分布式锁最牛逼的实现

2.基于Redis的分布式锁实现

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