美团面试：Redis锁如何续期？Redis锁超时，任务没完怎么办？

45岁资深老架构师尼恩

已于 2024-10-21 21:28:02 修改

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文章标签：面试 redis wpf

于 2024-09-13 10:57:26 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/crazymakercircle/article/details/142204551

尼恩说在前面

在40岁老架构师尼恩的读者交流群(50+)中，最近有小伙伴拿到了一线互联网企业如得物、阿里、滴滴、极兔、有赞、希音、百度、网易、美团的面试资格，遇到很多很重要的面试题：

Redis分布式锁，过期怎么办？如何自动续期？

Redis分布式锁过期，任务没完成怎么办？

最近有小伙伴在面试美团，又遇到了相关的面试题。小伙伴懵了，因为没有遇到过，所以支支吾吾的说了几句，面试官不满意，面试挂了。

所以，尼恩给大家做一下系统化、体系化的梳理，使得大家内力猛增，可以充分展示一下大家雄厚的 “技术肌肉”，让面试官爱到 “不能自已、口水直流”，然后实现”offer直提”。

当然，这道面试题，以及参考答案，也会收入咱们的《尼恩Java面试宝典PDF》V171版本，供后面的小伙伴参考，提升大家的 3高架构、设计、开发水平。

最新《尼恩架构笔记》《尼恩高并发三部曲》《尼恩Java面试宝典》的PDF，请关注本公众号【技术自由圈】获取，回复：领电子书

Redis分布式锁过期怎么办？

尼恩先简单的总结一下，两大核心方案，大家收藏起来，毒打面试官。

在这里插入图片描述

两大Redis 分布式

本文重点介绍Redis分布式锁，分为两个维度进行介绍：

（1）基于Jedis手工造轮子分布式锁

（2）介绍Redission 分布式锁的使用和原理。

分布式锁一般有如下的特点：

互斥性：同一时刻只能有一个线程持有锁
可重入性：同一节点上的同一个线程如果获取了锁之后能够再次获取锁
锁超时：和J.U.C中的锁一样支持锁超时，防止死锁
高性能和高可用：加锁和解锁需要高效，同时也需要保证高可用，防止分布式锁失效
具备阻塞和非阻塞性：能够及时从阻塞状态中被唤醒

基于Jedis 的API实现分布式锁

我们首先讲解 Jedis 普通分布式锁实现，并且是纯手工的模式，从最为基础的Redis命令开始。

只有充分了解与分布式锁相关的普通Redis命令，才能更好的了解高级的Redis分布式锁的实现，因为高级的分布式锁的实现完全基于普通Redis命令。

Redis几种架构

Redis发展到现在，几种常见的部署架构有：

单机模式；
主从模式；
哨兵模式；
集群模式；

从分布式锁的角度来说，无论是单机模式、主从模式、哨兵模式、集群模式，其原理都是类同的。

只是主从模式、哨兵模式、集群模式的更加的高可用、或者更加高并发。

所以，接下来先基于单机模式，基于Jedis手工造轮子实现自己的分布式锁。

首先看两个命令：

Redis分布式锁机制，主要借助setnx和expire两个命令完成。

setnx命令:

SETNX 是SET if Not eXists的简写。

将 key 的值设为 value，当且仅当 key 不存在;
若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。

下面为客户端使用示例：

127.0.0.1:6379> set lock "unlock"
OK
127.0.0.1:6379> setnx lock "unlock"
(integer) 0
127.0.0.1:6379> setnx lock "lock"
(integer) 0
127.0.0.1:6379>

expire命令:

expire命令为 key 设置生存时间，当 key 过期时(生存时间为 0 )，它会被自动删除.

expire 格式为：

EXPIRE key seconds

下面为客户端使用示例：

127.0.0.1:6379> expire lock 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl lock
8

基于Jedis API的分布式锁的总体流程：

通过Redis的setnx、expire命令可以实现简单的锁机制：

key不存在时创建，并设置value和过期时间，返回值为1；成功获取到锁；
如key存在时直接返回0，抢锁失败；
持有锁的线程释放锁时，手动删除key；或者过期时间到，key自动删除，锁释放。

线程调用setnx方法成功返回1认为加锁成功，其他线程要等到当前线程业务操作完成释放锁后，才能再次调用setnx加锁成功。

在这里插入图片描述

以上简单redis分布式锁的问题：

如果出现了这么一个问题：如果setnx是成功的，但是expire设置失败，一旦出现了释放锁失败，或者没有手工释放，那么这个锁永远被占用，其他线程永远也抢不到锁。

所以,需要保障setnx和expire两个操作的原子性。

简单来说，原子性就是下面的三点：

要么 setnx和expire 全部执行，
要么 setnx和expire 全部不执行，
setnx和expire 二者不能分开。

解决的办法有两种：

使用set的命令时，同时设置过期时间，不再单独使用 expire命令
使用lua脚本，将加锁的命令放在lua脚本中原子性的执行

简单加锁：使用set的命令时，同时设置过期时间

使用set的命令时，同时设置过期时间的示例如下：

127.0.0.1:6379> set unlock "234" EX 100 NX
(nil)
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> set test "111" EX 100 NX
OK

这样就完美的解决了分布式锁的原子性； set 命令的完整格式：

set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]


EX seconds：设置失效时长，单位秒
PX milliseconds：设置失效时长，单位毫秒
NX：key不存在时设置value，成功返回OK，失败返回(nil)
XX：key存在时设置value，成功返回OK，失败返回(nil)

使用set命令实现加锁操作，先展示加锁的简单代码实习，再带大家慢慢解释为什么这样实现。

加锁的简单代码实现

package com.crazymaker.springcloud.standard.lock;


@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
public class JedisCommandLock {

    private  RedisTemplate redisTemplate;

    private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
    private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX";
    private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "PX";

    /**
     * 尝试获取分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 请求标识
     * @param expireTime 超期时间
     * @return 是否获取成功
     */
    public static   boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {

        String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);

        if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;

    }

  

}

可以看到，我们加锁用到了Jedis的set Api：

jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)

这个set()方法一共有五个形参：

第一个为key，我们使用key来当锁，因为key是唯一的。
第二个为value，我们传的是requestId，很多童鞋可能不明白，有key作为锁不就够了吗，为什么还要用到value？原因就是我们在上面讲到可靠性时，分布式锁要满足第四个条件解铃还须系铃人，通过给value赋值为requestId，我们就知道这把锁是哪个请求加的了，在解锁的时候就可以有依据。

requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。
第三个为nxxx，这个参数我们填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即当key不存在时，我们进行set操作；若key已经存在，则不做任何操作；
第四个为expx，这个参数我们传的是PX，意思是我们要给这个key加一个过期的设置，具体时间由第五个参数决定。
第五个为time，与第四个参数相呼应，代表key的过期时间。

总的来说，执行上面的set()方法就只会导致两种结果：

当前没有锁（key不存在），那么就进行加锁操作，并对锁设置个有效期，同时value表示加锁的客户端。

已有锁存在，不做任何操作。

心细的童鞋就会发现了，我们的加锁代码满足前面描述的四个条件中的三个。

首先，set()加入了NX参数，可以保证如果已有key存在，则函数不会调用成功，也就是只有一个客户端能持有锁，满足互斥性。
其次，由于我们对锁设置了过期时间，即使锁的持有者后续发生崩溃而没有解锁，锁也会因为到了过期时间而自动解锁（即key被删除），不会被永远占用（而发生死锁）。
最后，因为我们将value赋值为requestId，代表加锁的客户端请求标识，那么在客户端在解锁的时候就可以进行校验是否是同一个客户端。
由于我们只考虑Redis单机部署的场景，所以容错性我们暂不考虑。

基于Jedis 的API实现简单解锁代码

还是先展示代码，再带大家慢慢解释为什么这样实现。

解锁的简单代码实现：

package com.crazymaker.springcloud.standard.lock;


@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
public class JedisCommandLock {

  

    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

    /**
     * 释放分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 请求标识
     * @return 是否释放成功
     */
    public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));

        if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;

    }

}

那么这段Lua代码的功能是什么呢？

其实很简单，首先获取锁对应的value值，检查是否与requestId相等，如果相等则删除锁（解锁）。

第一行代码，我们写了一个简单的Lua脚本代码。

第二行代码，我们将Lua代码传到jedis.eval()方法里，并使参数KEYS[1]赋值为lockKey，ARGV[1]赋值为requestId。eval()方法是将Lua代码交给Redis服务端执行。

那么为什么要使用Lua语言来实现呢？

因为要确保上述操作是原子性的。那么为什么执行eval()方法可以确保原子性，源于Redis的特性.

简单来说，就是在eval命令执行Lua代码的时候，Lua代码将被当成一个命令去执行，并且直到eval命令执行完成，Redis才会执行其他命

错误示例1

最常见的解锁代码就是直接使用 jedis.del() 方法删除锁，这种不先判断锁的拥有者而直接解锁的方式，会导致任何客户端都可以随时进行解锁，即使这把锁不是它的。

public static void wrongReleaseLock1(Jedis jedis, String lockKey) {
   
   
    jedis.del(lockKey);
}

错误示例2

这种解锁代码乍一看也是没问题，甚至我之前也差点这样实现，与正确姿势差不多，唯一区别的是分成两条命令去执行，代码如下：

public static void wrongReleaseLock2(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {
        
    // 判断加锁与解锁是不是同一个客户端
    if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) {
        // 若在此时，这把锁突然不是这个客户端的，则会误解锁
        jedis.del(lockKey);
    }

}

基于Lua脚本实现分布式锁

lua脚本的好处

前面提到，在redis中执行lua脚本，有如下的好处：

那么为什么要使用Lua语言来实现呢？

因为要确保上述操作是原子性的。那么为什么执行eval()方法可以确保原子性，源于Redis的特性.

简单来说，就是在eval命令执行Lua代码的时候，Lua代码将被当成一个命令去执行，并且直到eval命令执行完成，Redis才会执行其他命

所以：

大部分的开源框架（如 redission）中的分布式锁组件，都是用纯lua脚本实现的。

题外话： lua脚本是高并发、高性能的必备脚本语言

有关lua的详细介绍，请参见以下书籍：

清华大学出版社出版的，尼恩的《Java高并发核心编程卷3 加强版》

基于纯Lua脚本的分布式锁的执行流程

加锁和删除锁的操作，使用纯lua进行封装，保障其执行时候的原子性。

基于纯Lua脚本实现分布式锁的执行流程，大致如下：

在这里插入图片描述

加锁的Lua脚本： lock.lua

--- -1 failed
--- 1 success
---
local key = KEYS[1]
local requestId = KEYS[2]
local ttl = tonumber(KEYS[3])
local result = redis.call('setnx', key, requestId)
if result == 1 then
    --PEXPIRE:以毫秒的形式指定过期时间
    redis.call('pexpire', key, ttl)
else
    result = -1;
    -- 如果value相同，则认为是同一个线程的请求，则认为重入锁
    local value = redis.call('get', key)
    if (value == requestId) then
        result = 1;
        redis.call('pexpire', key, ttl)
    end
end
--  如果获取锁成功，则返回 1
return result

解锁的Lua脚本： unlock.lua：

--- -1 failed
--- 1 success

-- unlock key
local key = KEYS[1]
local requestId = KEYS[2]
local value = redis.call('get', key)
if value == requestId then
    redis.call('del', key);
    return 1;
end
return -1

两个文件，放在资源文件夹下备用：

在这里插入图片描述

在Java中调用lua脚本，完成加锁操作

package com.crazymaker.springcloud.standard.lock;

import com.crazymaker.springcloud.common.exception.BusinessException;
import com.crazymaker.springcloud.common.util.IOUtil;
import com.crazymaker.springcloud.standard.context.SpringContextUtil;
import com.crazymaker.springcloud.standard.lua.ScriptHolder;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.data.redis.core.script.RedisScript;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@Slf4j
public class InnerLock {

    private RedisTemplate redisTemplate;


    public static final Long LOCKED = Long.valueOf(1);
    public static final Long UNLOCKED = Long.valueOf(1);
    public static final int EXPIRE = 2000;

    String key;
    String requestId;  // lockValue 锁的value ,代表线程的uuid

    /**
     * 默认为2000ms
     */
    long expire = 2000L;


    private volatile boolean isLocked = false;
    private RedisScript lockScript;
    private RedisScript unLockScript;


    public InnerLock(String lockKey, String requestId) {
        this.key = lockKey;
        this.requestId = requestId;
        lockScript = ScriptHolder.getLockScript();
        unLockScript = ScriptHolder.getUnlockScript();
    }

    /**
     * 抢夺锁
     */
    public void lock() {
        if (null == key) {
            return;
        }
        try {
            List<String> redisKeys = new ArrayList<>();
            redisKeys.add(key);
            redisKeys.add(requestId);
            redisKeys.add(String.valueOf(expire));

            Long res = (Long) getRedisTemplate().execute(lockScript, redisKeys);
            isLocked = false;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw BusinessException.builder().errMsg("抢锁失败").build();
        }
    }

    /**
     * 有返回值的抢夺锁
     *
     * @param millisToWait
     */
    public boolean lock(Long millisToWait) {
        if (null == key) {
            return false;
        }
        try {
            List<String> redisKeys = new ArrayList<>();
            redisKeys.add(key);
            redisKeys.add(requestId);
            redisKeys.add(String.valueOf(millisToWait));
            Long res = (Long) getRedisTemplate().execute(lockScript, redisKeys);

            return res != null && res.equals(LOCKED);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw BusinessException.builder().errMsg("抢锁失败").build();
        }

    }

    //释放锁
    public void unlock() {
        if (key == null || requestId == null) {
            return;
        }
        try {
            List<String> redisKeys = new ArrayList<>();
            redisKeys.add(key);
            redisKeys.add(requestId);
            Long res = (Long) getRedisTemplate().execute(unLockScript, redisKeys);

//            boolean unlocked = res != null && res.equals(UNLOCKED);


        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw BusinessException.builder().errMsg("释放锁失败").build();

        }
    }

    private RedisTemplate getRedisTemplate() {
        if(null==redisTemplate)
        {
            redisTemplate= (RedisTemplate) SpringContextUtil.getBean("stringRedisTemplate");
        }
        return redisTemplate;
    }
}

在Java中调用lua脚本，完成加锁操作

下一步，实现Lock接口, 完成JedisLock的分布式锁。

其加锁操作，通过调用 lock.lua脚本完成，代码如下：

package com.crazymaker.springcloud.standard.lock;

import com.crazymaker.springcloud.common.exception.BusinessException;
import com.crazymaker.springcloud.common.util.ThreadUtil;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.RedisScript;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
public class JedisLock implements Lock {

    private RedisTemplate redisTemplate;

    RedisScript<Long> lockScript = null;
    RedisScript<Long> unLockScript = null;

    public static final int DEFAULT_TIMEOUT = 2000;
    public static final Long LOCKED = Long.valueOf(1);
    public static final Long UNLOCKED = Long.valueOf(1);
    public static final Long WAIT_GAT = Long.valueOf(200);
    public static final int EXPIRE = 2000;


    String key;
    String lockValue;  // lockValue 锁的value ,代表线程的uuid

    /**
     * 默认为2000ms
     */
    long expire = 2000L;

    public JedisLock(String lockKey, String lockValue) {
        this.key = lockKey;
        this.lockValue = lockValue;
    }

    private volatile boolean isLocked = false;

    private Thread thread;

    /**
     * 获取一个分布式锁 , 超时则返回失败
     *
     * @return 获锁成功 - true | 获锁失败 - false
     */
    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {

        //本地可重入
        if (isLocked && thread == Thread.currentThread()) {
            return true;
        }
        expire = unit != null ? unit.toMillis(time) : DEFAULT_TIMEOUT;
        long startMillis = System.currentTimeMillis();
        Long millisToWait = expire;

        boolean localLocked = false;

        int turn = 1;
        while (!localLocked) {

            localLocked = this.lockInner(expire);
            if (!localLocked) {
                millisToWait = millisToWait - (System.currentTimeMillis() -