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Redis分布式锁自动续期

一江溪水 人气:0

Redis 实现分布式锁

问题

如果这个锁的过期时间是30秒,但是业务运行超过了30秒,比如40秒,当业务运行到30秒的时候,锁过期了,其他客户端拿到了这个锁,怎么办

我们可以设置一个合理的过期时间,让业务能够在这个时间内完成业务逻辑,但LockTime的设置原本就很不容易。

我们只能通过经验去配置,一个可以接受的值,基本上是这个服务历史上的平均耗时再增加一定的buff。总体来说,设置一个合理的过期时间并不容易

我们也可以不设置过期时间,让业务运行结束后解锁,但是如果客户端出现了异常结束了或宕机了,那么这个锁就无法解锁,变成死锁;

自动续期

我们可以先给锁设置一个LockTime,然后启动一个守护线程,让守护线程在一段时间后,重新去设置这个锁的LockTime。

看起来很简单,但实现起来并不容易

看门狗

Redisson的看门狗机制就是这种机制实现自动续期的

在这里插入图片描述

Redissson tryLock

public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        long time = unit.toMillis(waitTime);
        long current = System.currentTimeMillis();
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        // 1.尝试获取锁
        Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
        // lock acquired
        if (ttl == null) {
            return true;
        }

        // 申请锁的耗时如果大于等于最大等待时间,则申请锁失败.
        time -= System.currentTimeMillis() - current;
        if (time <= 0) {
            acquireFailed(threadId);
            return false;
        }

        current = System.currentTimeMillis();

        /**
         * 2.订阅锁释放事件,并通过 await 方法阻塞等待锁释放,有效的解决了无效的锁申请浪费资源的问题:
         * 基于信息量,当锁被其它资源占用时,当前线程通过 Redis 的 channel 订阅锁的释放事件,一旦锁释放会发消息通知待等待的线程进行竞争.
         *
         * 当 this.await 返回 false,说明等待时间已经超出获取锁最大等待时间,取消订阅并返回获取锁失败.
         * 当 this.await 返回 true,进入循环尝试获取锁.
         */
        RFuture<RedissonLockEntry> subscribeFuture = subscribe(threadId);
        // await 方法内部是用 CountDownLatch 来实现阻塞,获取 subscribe 异步执行的结果(应用了 Netty 的 Future)
        if (!subscribeFuture.await(time, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            if (!subscribeFuture.cancel(false)) {
                subscribeFuture.onComplete((res, e) -> {
                    if (e == null) {
                        unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
                    }
                });
            }
            acquireFailed(threadId);
            return false;
        }

        try {
            // 计算获取锁的总耗时,如果大于等于最大等待时间,则获取锁失败.
            time -= System.currentTimeMillis() - current;
            if (time <= 0) {
                acquireFailed(threadId);
                return false;

              }

            /**
             * 3.收到锁释放的信号后,在最大等待时间之内,循环一次接着一次的尝试获取锁
             * 获取锁成功,则立马返回 true,
             * 若在最大等待时间之内还没获取到锁,则认为获取锁失败,返回 false 结束循环
             */
            while (true) {
                long currentTime = System.currentTimeMillis();

                // 再次尝试获取锁
                ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
                // lock acquired
                if (ttl == null) {
                    return true;
                }
                // 超过最大等待时间则返回 false 结束循环,获取锁失败
                time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
                if (time <= 0) {
                    acquireFailed(threadId);
                    return false;
                }

                /**
                 * 6.阻塞等待锁(通过信号量(共享锁)阻塞,等待解锁消息):
                 */
                currentTime = System.currentTimeMillis();
                if (ttl >= 0 && ttl < time) {
                    //如果剩余时间(ttl)小于wait time ,就在 ttl 时间内,从Entry的信号量获取一个许可(除非被中断或者一直没有可用的许可)。
                    getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
                } else {
                    //则就在wait time 时间范围内等待可以通过信号量
                    getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(time, TimeUnit.MILLISECONDS);
                }

                // 更新剩余的等待时间(最大等待时间-已经消耗的阻塞时间)
                time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
                if (time <= 0) {
                    acquireFailed(threadId);
                    return false;
                }
            }
        } finally {
            // 7.无论是否获得锁,都要取消订阅解锁消息
            unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
        }
        return get(tryLockAsync(waitTime, leaseTime, unit));
    }

看门狗如何自动续期

Redisson看门狗机制, 只要客户端加锁成功,就会启动一个 Watch Dog。

private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
    if (leaseTime != -1) {
        return tryLockInnerAsync(leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    }
    RFuture<Long> ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
        if (e != null) {
            return;
        }

        // lock acquired
        if (ttlRemaining == null) {
            scheduleExpirationRenewal(threadId);
        }
    });
    return ttlRemainingFuture;
}

leaseTime 必须是 -1 才会开启 Watch Dog 机制,如果需要开启 Watch Dog 机制就必须使用默认的加锁时间为 30s。

如果你自己自定义时间,超过这个时间,锁就会自定释放,并不会自动续期。

续期原理

续期原理其实就是用lua脚本,将锁的时间重置为30s

private void scheduleExpirationRenewal(long threadId) {
    ExpirationEntry entry = new ExpirationEntry();
    ExpirationEntry oldEntry = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(getEntryName(), entry);
    if (oldEntry != null) {
        oldEntry.addThreadId(threadId);
    } else {
        entry.addThreadId(threadId);
        renewExpiration();
    }
}

protected RFuture<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {
    return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
            "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
                "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                "return 1; " +
            "end; " +
            "return 0;",
        Collections.<Object>singletonList(getName()),
        internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}

Watch Dog 机制其实就是一个后台定时任务线程,获取锁成功之后,会将持有锁的线程放入到一个 RedissonLock.EXPIRATION_RENEWAL_MAP里面,然后每隔 10 秒 (internalLockLeaseTime / 3) 检查一下,如果客户端 还持有锁 key(判断客户端是否还持有 key,其实就是遍历 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 里面线程 id 然后根据线程 id 去 Redis 中查,如果存在就会延长 key 的时间),那么就会不断的延长锁 key 的生存时间。

如果服务宕机了,Watch Dog 机制线程也就没有了,此时就不会延长 key 的过期时间,到了 30s 之后就会自动过期了,其他线程就可以获取到锁。

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