分布式锁 redis Redisson

本文探讨了如何使用Redis的SetLock功能实现分布式锁的原子性,并针对STW全GC导致的锁过期问题提出解决方案,包括乐观锁和锁重构。还介绍了Redisson在实现锁和数据操作上的应用实例。

在这里插入图片描述

1.购票占座

​ 11车 7D的一位只能被一个人使用

java可以使用sync实现,但是占座服务可能多个jvm同时抢座位,sync只能给一个jvm中的资源加锁。

分布式锁 redis

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Redis统一管理一把锁抢到锁的再进行统一的操作

在这里插入图片描述

setnx 判断加锁成功和锁的互斥

expire 设置锁的过期时间

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这样客户端中断30s 锁会释放

在这里插入图片描述

单纯这俩命令不完美

解决方案:1. Set lock “1234” EX 1000NX/PX s/ms

​ 要么都成功 要么都失败 具有原子性

                   2. lua 脚本 lua中无论有多少命令都认为是一个任务 同时成功 失败

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参数解析:

1.EX 设置的时间 单位为秒

2.PX 设置的时间 单位为毫秒

3.NX 不存在设置值 eg:“123”

4.XX 不存在设置值 eg:“123” -> “1234”

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具有原子性,设置锁和失效时间同时完成

EVAL script numkeys key [key …] arg [arg …]

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lua脚本的意思是,返回KEYS[1], KEYS[2] ,ARGV[1],ARGV[2] 2个key k1,k2

,ARGV[1],ARGV[2] a1,a2

第二行意思是 返回KEYS[1], KEYS[2] ,ARGV[1],ARGV[2] 3个key k1,k2 a1

ARG[1] 为a2 ARGV【2】没有值

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Test2 这个锁可以得到

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1.没有判断是否是我的锁

  1. get 和 到delete之前有时间差

    要保障解锁的原子性

    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-p5husyJx-1637651571765)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211120204131927.png)]

严禁就都用原子性

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锁的时长是30s,10s的时候客户端1申请锁后成功获得锁,可以去修改文件,但是35s的时候发生了STW fullGC,40时候锁到期之后,60s时候客户端2申请锁并获得锁,并去写入文件,当75s时STW结束,继续修改文件发生错误

STW引起的锁过期的问题,网络波动也会造成

解决方式:

1.采用乐观锁的方式,侵入代码中增加版本号

2.用watch dog将锁自动延期

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侵入代码加入版本号,客户端1第一次得到锁的时候编写文件的version=33,之后发生STW,在STW期间,失去锁,客户端2获得锁并且在写入文件的过程中将version改变成了34,当客户端1完成STW之后先要继续操作文件的时候发现version已经是34了,不能继续编辑文件

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redis中锁重构的功能比较单薄

锁是可以重入的,一个线程可以进入多次

redisson已经想好了一些场景和需要的锁

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可以实现基本数据类型 String,List,Hash

@Test
public void testRBucketExamples() {
    // RList 继承了 java.util.List 接口
    RBucket<String> rstring = client.getBucket("redission:test:bucket:string");
    rstring.set("this is a string");

    RBucket<UserDTO> ruser = client.getBucket("redission:test:bucket:user");
    UserDTO dto = new UserDTO();
    dto.setToken(UUID.randomUUID().toString());
    ruser.set(dto);
    System.out.println("string is: " + rstring.get());
    System.out.println("dto is: " + ruser.get());

    client.shutdown();
}


@Test
public void testListExamples() {
    // 默认连接上 127.0.0.1:6379
    // RList 继承了 java.util.List 接口
    RList<String> nameList = client.getList("redission:test:nameList");
    nameList.clear();
    nameList.add("张三");
    nameList.add("李四");
    nameList.add("王五");
    nameList.remove(-1);//删除王五


    System.out.println("List size: " + nameList.size());


    boolean contains = nameList.contains("李四");
    System.out.println("Is list contains name '李四': " + contains);

    nameList.forEach(System.out::println);


    client.shutdown();
}

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Redisson实现分布式锁

  @Test
    public void testLockDemo() {
        RLock disLock = client.getLock("DISLOCK");
        boolean isLock = false;
        try {
            disLock.lock(); //默认30s
//            isLock = disLock.tryLock(20000, 1500000, TimeUnit.MILLISECONDS);
            System.out.println(isLock);
            if (isLock) {

                //TODO if get lock success, do something;
                Thread.sleep(15000);
            }
        } catch (Exception e) {
        } finally {
            // 无论如何, 最后都要解锁
            //disLock.unlock();
        }
    }

在这里插入图片描述

默认时间是30s

isLock = disLock.tryLock(20000, 1500000, TimeUnit.MILLISECONDS)

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5mVUouAO-1637651571789)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211122100422649.png)]

锁互斥的理论 key相同的锁不会

在这里插入图片描述

@Test
public void testLockDemo2() {
    RLock disLock = client.getLock("DISLOCK");
    boolean isLock = false;
    try {
        isLock = disLock.tryLock(2000, 1500000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        isLock = disLock.tryLock(2000, 1500000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        isLock = disLock.tryLock(2000, 1500000, TimeUnit.MILLISECONDS);

    } catch (Exception e) {
    } finally {
        // 无论如何, 最后都要解锁
        disLock.unlock();
        disLock.unlock();
        disLock.unlock();

    }
}

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wCDc3BhS-1637716392551)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211123163714322.png)]

加锁一次value增加1,解锁一次-1,最后锁失效

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dmSTofiU-1637716392553)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211123164239659.png)]

1.获取锁:生成锁1.先生成“DISLOCK”,生成UUID,设置过期时间

2.判断key是否存在,不存在设置字段值为1,此过程就是生成锁

3.key存在,判断字段是否存在,也就是判断是不是自己的锁

4.key不存在,字段不存在,锁互斥

5.key存在,锁重构,字段值+1

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CQmRrV0R-1637716392556)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211123182109351.png)]

existe 存在

hexists 都存在

hincrby 增加值

pexpire 生存时间 毫秒

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Lne1F4fJ-1637716392558)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211123183501692.png)]

KEYS[1] = DISLOCK 锁的名称

KEYS[2] :订阅DISLOCK锁的状态,只要释放就可以占用

ARGV[1]:0 状态

ARGV[2]:生存时间

ARGV[3]:UUID

1.key不存在直接广播消息,锁不存在

2.key字段存在,字段值-1

​ 3.字段值大于0,重新设置过期时间

​ 4.字段值小于0,直接广播消息,锁不存在

发布0 这样订阅的都可以获得锁

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-G43I9yhw-1637716392561)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211123185834273.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dXwgczju-1637716392563)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211124082103189.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-VsSWlJB1-1637716392566)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211124084534385.png)]

只对

disLock.lock();

有用 ,每10s监听一次,没有完成重回30s。

在这里插入图片描述

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wOQ0QRly-1637716392573)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211124085231046.png)]

分120段每段5个库存,这样5*120 = 600,就达到了每秒600订单的吞吐量

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LUUqqahO-1637716392576)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211124085727834.png)]

根据skuid和分段去减

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MpL6QuGf-1637716392578)(/Users/zhaokaijie/Library/Application Support/typora-user-images/image-20211124085913889.png)]

抢占分段锁,随机到一个分段

1.抢占成功,秒杀下单

2.抢占失败 ,是否超时,未超时,尝试下一个分段

​ 3.抢占成功,秒杀下单

​ 4.抢占失败,回到2

5.超时抢锁失败

1,3,5 结束

### Redis 分布式锁Redisson 的实现原理 #### 1. **Redis 分布式锁** Redis 分布式锁的核心思想是通过 `SETNX` 和 `EXPIRE` 来实现加锁操作。在早期版本(Redis 2.6.12之前),由于 `SETNX` 不支持设置过期时间,因此需要分两步完成:先调用 `SETNX` 创建键值对表示锁定状态,再调用 `EXPIRE` 设置过期时间以防止死锁[^3]。 然而这种两步操作无法保证原子性,可能会因网络延迟或其他异常导致锁未成功创建却设置了过期时间。为此,Redis 2.6.12引入了新的命令 `SET key value NX PX milliseconds`,其中 `NX` 表示只有当键不存在时才执行设置操作,`PX` 则用于指定毫秒级的过期时间。这种方式能够在一个命令内完成加锁并设定超时,从而有效解决了上述问题。 #### 2. **Redisson 实现分布式锁** Redisson 是基于 Redis 开发的一个 Java 客户端库,它不仅实现了更高级别的抽象接口,还提供了多种类型的分布式对象和服务功能。对于分布式锁而言,Redisson 提供了一种更加健壮可靠的解决方案——`RLock` 接口及其子类实例化方式。 - **加锁逻辑** Redisson 使用 Lua 脚本来确保整个加锁过程具有原子性。该脚本会检查目标资源是否已被占用;如果未被占用,则尝试获取锁并将当前线程 ID 记录下来作为持有者的唯一标识符[^1]。 - **续命机制** 当某个客户端成功获得锁之后,Redisson 会在后台启动一个定时器任务定期向服务器发送续约请求延长锁的有效期限,直到显式解锁为止。此设计可以避免因长时间运行的任务而导致锁提前失效的情况发生[^2]。 - **自旋重试策略** 如果初次未能取得所需资源,则按照预定义间隔不断重复尝试直至达到最大等待时限或最终放弃争夺控制权。 - **公平性和可靠性保障措施** 在某些特殊情况下(比如网络分区), 可能会出现部分节点认为自己已经拿到了全局唯一的锁,但实际上其他地方也有竞争者存在的情形下, redisson 还特别考虑到了这一点并通过内部复杂的协调算法尽可能减少冲突概率[^4]. #### 性能对比分析 | 特性 | Redis 原生分布锁 | Redisson | |-------------------------|------------------------------------------|----------------------------------| | 加锁效率 | 较高 | 略低 | | 锁安全性 | 存在网络抖动等问题 | 更安全可靠 | | 功能扩展能力 | 单纯提供基础加解鎖功能 | 支持更多特性如自动续租、可重入等 | | 易用程度 | 需要开发者手动处理很多细节 | API 封装良好易于集成 | 从表中可以看出虽然原生态方法简单高效但在实际应用过程中往往面临诸多挑战;而借助第三方工具包则可以在一定程度上弥补这些不足之处. ```java // 示例代码展示如何利用Redisson进行分布式锁管理 import org.redisson.api.RLock; import org.redisson.api.RedissonClient; public class DistributedLockExample { private final RedissonClient redissonClient; public void acquireAndReleaseLock(String lockName) throws InterruptedException{ RLock lock = redissonClient.getLock(lockName); try { boolean isLocked = lock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS); // 尝试获取锁最长等待时间为10秒 if(isLocked){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" acquired the lock."); Thread.sleep(5000L); // Simulate some work }else{ System.err.println("Failed to get lock after waiting..."); } } finally { if(lock.isHeldByCurrentThread()){ lock.unlock(); System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " released the lock."); } } } } ``` ###
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