利用redis实现分布式锁

最新推荐文章于 2025-06-21 23:15:14 发布

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#redis #分布式 #数据库

分布式锁概述
在单机环境中，常见的锁机制如互斥锁（Mutex）用于保护共享资源。然而，在分布式系统中，由于多个进程可能运行在不同的机器上，单纯依赖本地锁无法实现资源的同步访问。这就需要分布式锁来确保跨多个节点的互斥访问。

分布式锁的关键特性：

互斥性（Mutual Exclusion）：同一时刻只有一个客户端可以获取锁。
死锁避免（Deadlock Avoidance）：锁有超时机制，防止因客户端故障导致的死锁。
容错性（Fault Tolerance）：即使部分节点失效，锁机制仍然可靠。

分布式锁的常见实现
基于 Redis 的分布式锁
Redis 提供了简单且高效的分布式锁机制，尤其是通过 SET 命令配合 NX 和 PX 选项，可以实现基本的锁功能。更高级的实现如 Redlock 进一步提高了分布式环境下的可靠性。

优点：

简单易用
高性能
支持自动过期

缺点：

单点故障风险（除非使用 Redis 集群或主从架构）

基于 ZooKeeper 的分布式锁
ZooKeeper 提供了更强大的分布式协调功能，包括分布式锁。通过创建顺序节点和监听节点变化，可以实现锁的获取和释放。

优点：

高可靠性
提供了更丰富的协调功能，如选举、组管理等

缺点：

配置和维护相对复杂
相比 Redis，性能略低

基于 etcd 的分布式锁
etcd 是一个分布式键值存储，具备强一致性和高可用性。通过其租约（Lease）和事务（Transaction）机制，可以实现分布式锁。

优点：

高一致性
集成了服务发现和配置管理功能

缺点：

类似于 ZooKeeper，需要额外的学习和维护

在 C++ 中实现分布式锁
以下以基于 Redis 的分布式锁为例，介绍如何在 C++ 中实现分布式锁。我们将使用 hiredis 作为 Redis 的 C 客户端库，并封装分布式锁的逻辑。

示例：使用 Redis 实现分布式锁
步骤：

连接到 Redis 服务器
尝试获取锁（使用 SET 命令的 NX 和 PX 选项）
释放锁（确保只有持有锁的客户端才能释放）

注意：为了确保锁的安全释放，建议使用唯一标识符（如 UUID）来标记锁的拥有者。

示例代码：

#include <hiredis/hiredis.h>
#include
#include
#include
#include <uuid/uuid.h>
#include

// 生成唯一标识符
std::string generate_uuid() {
uuid_t uuid;
uuid_generate(uuid);
char uuid_str[37]; // 36 characters + null terminator
uuid_unparse(uuid, uuid_str);
return std::string(uuid_str);
}

class RedisDistributedLock {
public:
RedisDistributedLock(redisContext* context, const std::string& lock_key, int lock_timeout_ms = 10000)
: context_(context), lock_key_(lock_key), lock_timeout_ms_(lock_timeout_ms), locked_(false) {
uuid_ = generate_uuid();
}

// 尝试获取锁
bool lock() {
    // 使用 SET 命令，并设置 NX 和 PX 选项
    std::string command = "SET " + lock_key_ + " " + uuid_ + " NX PX " + std::to_string(lock_timeout_ms_);
    redisReply* reply = (redisReply*)redisCommand(context_, command.c_str());
    if (reply == nullptr) {
        std::cerr << "Redis command failed\n";
        return false;
    }

    bool success = false;
    if (reply->type == REDIS_REPLY_STATUS && std::string(reply->str) == "OK") {
        success = true;
        locked_ = true;
    }
    freeReplyObject(reply);
    return success;
}

// 释放锁
bool unlock() {
    if (!locked_) {
        return false;
    }

    // 使用 Lua 脚本确保原子性：检查值是否匹配，再删除
    const char* lua_script = 
        "if redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1] then "
        "   return redis.call('DEL', KEYS[1]) "
        "else "
        "   return 0 "
        "end";

    redisReply* reply = (redisReply*)redisCommand(context_, "EVAL %s 1 %s %s", 
        lua_script, lock_key_.c_str(), uuid_.c_str());

    if (reply == nullptr) {
        std::cerr << "Redis EVAL command failed\n";
        return false;
    }

    bool success = false;
    if (reply->type == REDIS_REPLY_INTEGER && reply->integer == 1) {
        success = true;
        locked_ = false;
    }
    freeReplyObject(reply);
    return success;
}

~RedisDistributedLock() {
    if (locked_) {
        unlock();
    }
}

private:
redisContext* context_;
std::string lock_key_;
std::string uuid_;
int lock_timeout_ms_;
bool locked_;
};

int main() {
// 连接到 Redis
redisContext* context = redisConnect(“127.0.0.1”, 6379);
if (context == nullptr || context->err) {
if (context) {
std::cerr << "Connection error: " << context->errstr << “\n”;
redisFree(context);
} else {
std::cerr << “Connection error: can’t allocate redis context\n”;
}
return 1;
}

std::string lock_key = "my_distributed_lock";
RedisDistributedLock lock(context, lock_key, 5000); // 锁超时 5 秒

if (lock.lock()) {
    std::cout << "Lock acquired!\n";

    // 执行临界区代码
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));

    // 释放锁
    if (lock.unlock()) {
        std::cout << "Lock released!\n";
    } else {
        std::cout << "Failed to release lock.\n";
    }
} else {
    std::cout << "Failed to acquire lock.\n";
}

// 关闭 Redis 连接
redisFree(context);
return 0;

}

依赖项：

hiredis：Redis 的 C 客户端库
libuuid：用于生成唯一标识符

编译示例：

确保已安装 hiredis 和 libuuid，然后使用以下命令编译：

g++ -std=c++11 -o distributed_lock main.cpp -lhiredis -luuid -lpthread

解释：

生成唯一标识符：

使用 libuuid 生成一个唯一的 UUID，确保每个客户端有独特的标识。

获取锁：

通过 SET NX PX 命令尝试设置锁。如果键不存在，则设置成功，返回 OK；否则获取失败。

释放锁：