用 Redis 实现分布式锁（含自动续期与安全释放）详解

用 Redis 实现分布式锁（含自动续期与安全释放）详解

在分布式系统中，多个服务实例可能同时操作共享资源（如库存扣减、订单生成），为保证数据一致性，必须使用 分布式锁。Redis 凭借其高性能和原子操作能力，成为实现分布式锁的常用选择。

本文将深入讲解如何用 Redis 实现一个 安全、可重入、带自动续期（Watchdog）、支持高可用 的分布式锁，并提供 Java 实现示例（含 Redisson 与原生 Lua 脚本两种方式）。

---

一、分布式锁的核心要求

要求	说明
✅ 互斥性	同一时间只有一个客户端能持有锁
✅ 可重入性	同一线程可多次获取同一把锁
✅ 锁释放安全	只能由加锁的客户端释放（防误删）
✅ 自动续期（Watchdog）	防止业务执行时间超过锁过期时间
✅ 高可用	支持主从、集群、哨兵模式
✅ 高性能	加锁/释放速度快，不影响业务

---

二、基础实现：SET + NX + EX

最简单的分布式锁实现：

SET lock:order:12345 "client_1" NX EX 10

• NX：key 不存在时才设置（保证互斥）
• EX 10：10秒后自动过期（防死锁）
• client_1：唯一客户端标识（用于释放时校验）

❌ 问题：无续期机制，业务执行超时会自动释放，导致并发。

---

三、安全释放锁：Lua 脚本防误删

直接 DEL 锁可能误删其他客户端的锁。应使用 Lua 脚本校验 value：

✅ Lua 脚本（unlock.lua）

-- KEYS[1] = lock key
-- ARGV[1] = client_id

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

Java 调用示例：

public boolean unlock(String lockKey, String clientId) {
    String script = 
        "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
        "   return redis.call('del', KEYS[1]) " +
        " else " +
        "   return 0 " +
        " end";

    DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
    redisScript.setScriptText(script);
    redisScript.setResultType(Long.class);

    Long result = redisTemplate.execute(
        redisScript,
        Collections.singletonList(lockKey),
        clientId
    );

    return result != null && result == 1;
}

---

四、自动续期（Watchdog 机制）

如果业务执行时间超过锁过期时间，锁会被自动释放，导致多个客户端同时进入临界区。

解决方案：启动一个后台线程（Watchdog），每隔一段时间检查锁是否仍被持有，若持有则延长过期时间。

Watchdog 工作流程：

客户端A加锁（EX 30s）
     ↓
启动 Watchdog 线程（每10s检查一次）
     ↓
若锁仍存在且属于本客户端 → 执行 EXPIRE lock:xxx 30
     ↓
业务执行完成 → 取消续期 + 释放锁

---

五、完整实现方案对比

方案	是否推荐	说明
🟡 原生 SET + Lua	⚠️ 基础可用	需自行实现续期、可重入
🟢 Redisson（推荐）	✅ 强烈推荐	内置 Watchdog、可重入、公平锁等
🔴 Jedis + 自研	❌ 不推荐	容易出错，维护成本高

---

六、使用 Redisson 实现（推荐方案）

Redisson 提供了开箱即用的分布式锁，完美支持：

• 可重入
• 自动续期（Watchdog）
• 公平锁、读写锁
• 高可用（集群/哨兵）

1. 添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.24.1</version>
</dependency>

2. 获取锁并自动续期

@Autowired
private RedissonClient redissonClient;

public void doBusiness() {
    RLock lock = redissonClient.getLock("lock:order:12345");
    try {
        // 尝试加锁，最多等待10秒，上锁后30秒自动解锁
        boolean res = lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS);
        if (res) {
            try {
                // 执行业务逻辑（可能耗时较长）
                System.out.println("Locked! Doing business...");
                Thread.sleep(25000); // 模拟长任务
            } finally {
                lock.unlock(); // 自动取消续期 + 安全释放
            }
        } else {
            System.out.println("Failed to acquire lock");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
}

3. Redisson 的 Watchdog 原理

• 默认锁过期时间：30s
• Watchdog 每 10s 检查一次
• 若客户端仍持有锁 → 自动 EXPIRE lock:xxx 30
• 解锁时自动取消续期

✅ 无需担心业务超时，只要客户端存活，锁就不会被释放。

---

七、原生 Redis + Lua 实现（学习用）

如果你不想使用 Redisson，也可自行实现 Watchdog。

1. 加锁（SETNX + EX）

public boolean tryLock(String lockKey, String clientId, int expireSeconds) {
    String result = redisTemplate.opsForValue()
        .setIfAbsent(lockKey, clientId, expireSeconds, TimeUnit.SECONDS);
    return Boolean.TRUE.equals(result);
}

2. 启动 Watchdog 线程

private ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
private volatile boolean isLocked = false;

public void watchDog(String lockKey, String clientId, int expireSeconds) {
    isLocked = true;
    scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
        if (isLocked) {
            // 只有当前客户端持有锁时才续期
            String current = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
            if (clientId.equals(current)) {
                redisTemplate.expire(lockKey, expireSeconds, TimeUnit.SECONDS);
            }
        }
    }, expireSeconds / 3, expireSeconds / 3, TimeUnit.SECONDS);
}

3. 释放锁（Lua 脚本）

见前文 Lua 脚本实现。

4. 使用示例

String lockKey = "lock:order:12345";
String clientId = "client_" + Thread.currentThread().getId();

if (tryLock(lockKey, clientId, 30)) {
    try {
        watchDog(lockKey, clientId, 30); // 启动续期
        // 执行业务
    } finally {
        isLocked = false; // 停止续期
        unlock(lockKey, clientId); // 安全释放
    }
}

---

八、可重入锁实现思路

可重入锁需记录：

• 当前持有线程
• 重入次数

可用 Hash 结构实现：

# 锁结构
lock:order:12345
  field: client_1
  value: 2   # 重入次数

加锁时：

• 若 key 不存在 → 设置 client_1:1
• 若 key 存在且 field == client_1 → value +1
• 否则失败

释放时：

• value -1，为 0 时删除 key

---

九、最佳实践与注意事项

项目	建议
🔐 安全释放	必须使用 Lua 脚本校验 client_id
🕒 锁过期时间	设置合理（如 10~30s），避免过长导致阻塞
🔄 自动续期	使用 Redisson 或自研 Watchdog
🧩 可重入	生产环境必须支持
🚫 阻塞操作	锁内避免网络调用、sleep
📊 监控	记录加锁失败、等待时间
🧹 异常处理	确保 finally 中释放锁
📈 高可用	使用 Redis 集群或哨兵

---

十、常见问题（FAQ）

Q1：Redis 主从切换会导致锁失效吗？

✅ 会！主节点加锁后未同步到从节点，主节点宕机，从节点升主，锁丢失。

解决方案：

• 使用 Redlock 算法（多个独立 Redis 实例）
• 使用 ZooKeeper 或 etcd 实现更安全的分布式锁
• 多数场景下，Redisson + 主从已足够（牺牲 CAP 中的 CP）

Q2：Watchdog 占用资源吗？

✅ 占用少量 CPU 和连接，但可接受。Redisson 默认只在持有锁时启动。

Q3：能用 SETNX + DEL 吗？

❌ 不安全！DEL 可能误删其他客户端的锁。

---

十一、总结：Redis 分布式锁实现方案对比

方案	是否可重入	自动续期	安全释放	推荐度
SETNX + DEL	❌	❌	❌	⭐
SETNX + Lua	⚠️	❌	✅	⭐⭐⭐
自研 Watchdog	⚠️	✅	✅	⭐⭐⭐⭐
Redisson	✅	✅	✅	⭐⭐⭐⭐⭐

---

✅ 结语：
使用 Redis 实现分布式锁，强烈推荐使用 Redisson。它封装了复杂的细节（可重入、续期、安全释放），让你像使用本地锁一样操作分布式锁。

🔗 核心代码一句话：

RLock lock = redisson.getLock("myLock");
lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS);

简单、安全、高效，是生产环境的最佳实践。