Redis 实现分布式锁_redis锁住一个字符串-优快云博客

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本文学习在 Redis 中通过 String 实现分布式锁。

1 概述

业务场景：一个简单的用户操作，一个线程去修改用户的状态，首先从数据库中读出用户的状态，然后在内存中进行修改，修改完成后，再存回去。在单线程中，这个操作没有问题，但是在多线程中，由于读取、修改、存这是三个操作，不是原子操作，这样会出问题。

对于这种类似问题，我们可以使用分布式锁来限制程序的并发执行。分布式锁实现的思路很简单，就是进来一个线程先占位，当别的线程进来操作时，发现已经有人占位了，就会放弃或者稍后再试。

2 基本使用

Redis 作为分布式锁，我们可以使用 String 数据结构来实现，通过 setnx 命令来占位，先进来的线程先占位，线程的操作执行完成后，再调用 del 指令释放位置。

@Test
public void testDistributedLock() {
      Redis redis = new Redis();
      redis.execute(jedis -> {
      Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
      if (setnx == 1) {
            // 没人占位
            jedis.set("name", "cxy35");
            String name = jedis.get("name");
            System.out.println(name);
            jedis.del("k1");// 释放资源
      } else {
            // 有人占位，停止/暂缓操作
      }
      });
}

上面的代码存在一个问题：如果代码业务执行的过程中抛异常或者挂了，这样会导致 del 指令没有被调用，这样，k1 无法释放，后面来的请求全部堵塞在这里，锁也永远得不到释放。

要解决这个问题，我们可以给锁添加一个过期时间，确保锁在一定的时间之后，能够得到释放。改进后的代码如下：

@Test
public void testDistributedLock2() {
      Redis redis = new Redis();
      redis.execute(jedis -> {
      Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
      if (setnx == 1) {
            // 给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
            jedis.expire("k1", 5);
            // 没人占位
            jedis.set("name", "cxy35");
            String name = jedis.get("name");
            System.out.println(name);
            jedis.del("k1");// 释放资源
      } else {
            // 有人占位，停止/暂缓操作
      }
      });
}

这样改造之后，还有一个问题，就是在获取锁和设置过期时间之间，如果服务器突然挂掉了，这个时候锁被占用，无法及时得到释放，也会造成死锁，因为获取锁和设置过期时间是两个操作，不具备原子性。

为了解决这个问题，从 Redis 2.8 开始， setnx 和 expire 可以通过一个命令一起来执行了，我们对上述代码再做改进：

@Test
public void testDistributedLock3() {
      Redis redis = new Redis();
      redis.execute(jedis -> {
      String set = jedis.set("k1", "v1", new SetParams().nx().ex(5));
      if ("OK".equals(set)) {
            // 没人占位
            jedis.set("name", "cxy35");
            String name = jedis.get("name");
            System.out.println(name);
            jedis.del("k1");// 释放资源
      } else {
            // 有人占位，停止/暂缓操作
      }
      });
}

3 使用 Lua 脚本解决超时问题

在上述代码中，为了防止业务代码在执行的时候抛出异常，我们给每一个锁添加了一个超时时间，超时之后，锁会被自动释放，但是这也带来了一个新的问题：如果要执行的业务非常耗时，可能会出现紊乱。举个例子：第一个线程首先获取到锁，然后开始执行业务代码，但是业务代码比较耗时，执行了 8 秒，这样，会在第一个线程的任务还未执行成功锁就会被释放了，此时第二个线程会获取到锁开始执行，在第二个线程刚执行了 3 秒，第一个线程也执行完了，此时第一个线程会释放锁，但是注意，它释放的第二个线程的锁，释放之后，第三个线程进来。

对于这个问题，我们可以从两个角度入手：

尽量避免在获取锁之后，执行耗时操作。
可以在锁上面做文章，将锁的 value 设置为一个随机字符串，每次释放锁的时候，都去比较随机字符串是否一致，如果一致，再去释放，否则，不释放。

对于第二种方案，由于释放锁的时候，要去查看锁的 value，第二步比较 value 的值是否正确，第三步释放锁，有三个步骤，很明显三个步骤不具备原子性，为了解决这个问题，我们得引入 Lua 脚本。

Lua 脚本的优势：

使用方便，Redis 中内置了对 Lua 脚本的支持。
Lua 脚本可以在 Redis 服务端原子的执行多个 Redis 命令。

由于网络在很大程度上会影响到 Redis 性能，而使用 Lua 脚本可以让多个命令一次执行，可以有效解决网络给 Redis 带来的性能问题。在 Redis 中，使用 Lua 脚本，大致上有两种思路：

提前在 Redis 服务端写好 Lua 脚本，然后在 Java 客户端去调用脚本（推荐）。
可以直接在 Java 端去写 Lua 脚本，写好之后，需要执行时，每次将脚本发送到 Redis 上去执行。

首先在 Redis 服务端创建 Lua 脚本，内容如下：

cd /usr/local/redis-5.0.8
mkdir lua
vi releasewherevalequal.lua

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

接下来，可以给 Lua 脚本求一个 SHA1 和，命令如下：

cat lua/releasewherevalueequal.lua | redis-cli -a 123456 script load --pipe
"b8059ba43af6ffe8bed3db65bac35d452f8115d8"

上述 script load 会在 Redis 服务器中缓存 Lua 脚本，并返回脚本内容的 SHA1 校验和，然后在 Java 端调用时，传入 SHA1 校验和作为参数，这样 Redis 服务端就知道执行哪个脚本了。

接下来，在 Java 端调用这个脚本。

@Test
public void testDistributedLock4ByLua() {
      Redis redis = new Redis();
      for (int i = 0; i < 2; i++) {
      redis.execute(jedis -> {
            // 1.先获取一个随机字符串
            String value = UUID.randomUUID().toString();
            // 2.获取锁
            String set = jedis.set("k1", value, new SetParams().nx().ex(5));
            // 3.判断是否成功拿到锁
            if ("OK".equals(set)) {
                  // 4.具体的业务操作
                  jedis.set("name", "cxy35");
                  String name = jedis.get("name");
                  System.out.println(name);
                  // 5.调用对应的 Lua 脚本释放锁
                  jedis.evalsha("b8059ba43af6ffe8bed3db65bac35d452f8115d8", Arrays.asList("k1"), Arrays.asList(value));
            } else {
                  System.out.println("没拿到锁");
            }
      });
      }
}