本文介绍了常见的分布式锁解决方案，包括基于DB、Zookeeper和Redis的实现。重点讨论了Redis分布式锁，并提供了源码，包括初版和优化版，优化版中通过自动顺延锁定时间来防止过早释放锁的问题。同时，提到了在选择Redis作为分布式锁基础服务时，需要考虑数据一致性的问题，如使用哨兵模式确保主从数据同步。
1 简述
分布式系统，常需要协调对共享资源的处理，避免冲突导致的各种问题。
常见的分布式锁方案，有基于DB、Redis、zookeeper等，在"方案" 部分会简单描述。
既然是锁，就存在锁定时长问题，不同业务场景，有的毫秒级，有的几分钟，几小时都有可能，例如有些计划任务，如需排他处理，锁的时间就会长一些。
本文只对常见的redis分布式锁整理，提供了源码，对"锁定时间"过期，可能导致的"失锁"问题，采用"自动顺延"方法，做了优化处理。
2 方案
2.1 DB
在数据库创建一个锁表lock_table，通常会包含以下几个字段:
lock_business_id(业务ID)
lock_stat(锁状态：0 未锁 1 已锁)
lock_time(锁定时间)
version(版本)
其中一条记录表示一个排它锁，用字段lock_business_id对应相关资源, lock_stat表示锁状态，再通过version字段，采用乐观锁更新方式，来保证处理的原子性。
特点:
适用于低并发场景，只保证了基本的排他性处理。
2.2 zookeeper
对zookeeper来说，开源客户端curator，已提供多种实用的锁工具类，如:
InterProcessMutex：分布式可重入排它锁
InterProcessSemaphoreMutex：分布式排它锁
InterProcessReadWriteLock：分布式读写锁
特点:
不仅提供对资源的排他性处理，还对抢占资源的队列进行了排队，先到先的，很是公平。
2.3 redis
通过redis提供的SETNX命令，该命令只有key不存在时才能成功赋值，通过该特性，正好符合锁的原子性操作特点，具体实现，参考"源码"部分内容。
提示: redis在2.6.12版后，对set命令做了参数扩充，允许同时使用EX、NX参数，例如：key value EX 100 NX，对锁逻辑支持的更友好。
3 源码
3.1 redis锁-初版
redis客户端操作，一般直接采用spring封装的模板类就好，就不必关心具体客户端是jedis，还是lettuce实现，这部分就信任、交给spring处理吧。
通常为避免"死锁"，在锁定时，都会添加"过期时间"，以下是源码，包含两个类：RedisLock，RedisLockImpl，其中expire方法，在初版没意义，在"优化版"部分，进行自动顺延过期时间时才会用到， 细节如下：
package mtr.demo.distributed.lock;
public interface RedisLock {
boolean lock(String key, long seconds);
void unLock(String key);
boolean expire(String key, long seconds);
}
package mtr.demo.distributed.lock;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import mtr.demo.distributed.lock.RedisLock;
public class RedisLockImpl implements RedisLock {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisLockImpl.class);
private static final String LOCK_VALUE = "mtr_lock";
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public RedisLockImpl(StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
@Override
public boolean lock(String key, long seconds) {
return this.stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, LOCK_VALUE, seconds, TimeUnit.SECONDS);
}
@Override
public void unLock(String key) {
boolean result = this.stringRedisTemplate.delete(key);
if (!result) {
logger.warn("RedisLock.unLock not find key:{}", key);
}
}
@Override
public boolean expire(String key, long seconds) {
return this.stringRedisTemplate.expire(key, seconds, TimeUnit.SECONDS);
}
}
3.2 redis锁-优化版
初版已满足大部分业务场景需求，但有时候"锁定时间"不太容易估算，而又不想把"过期时间"设置的太长，以免进程强制退出等场景，没有解锁，导致长时间无法获取锁。
这时候可以首先设置一个相对合理的"过期时间"，如果业务偶发性执行时间超时（尤其是通过网络访问一些资源性服务时，还是很常见的）， 这时可以采用 "自动顺延"锁定时间的策略，来避免锁定超时。
其中jdk中ScheduledThreadPoolExecutor很合适满足这部分逻辑要求，但实现中还是需要一些注意事项，比如主任务的"解锁逻辑"，与计划任务中的锁"延时"处理，需要保证二者的有序性、原子性；其次，采用滞后方式删除解锁任务。
具体实现，保留初版的源码不变，只增加一个AutoDelayRedisLock类， 其中LockConfig类是一个配置类，具体如下：
package mtr.demo.distributed.lock;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
/*
* 自动延时redis锁
*
*/
public class AutoDelayRedisLock implements java.io.Closeable {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AutoDelayRedisLock.class);
private final static long DEFAULT_MAX_DELAY_SECONDS = 3600;
private final static long DEFAULT_DELAY_TIMES = 5;
private final static int DEFAULT_CORE_POOL_SIZE = 2;
private RedisLock redisLock = null;
public ScheduledThreadPoolExecutor scheduledExecutor = null;
public AutoDelayRedisLock(RedisLock redisLock) {
this(redisLock, DEFAULT_CORE_POOL_SIZE);
}
public AutoDelayRedisLock(RedisLock redisLock, int corePoolSize) {
this.redisLock = redisLock;
this.scheduledExecutor = (ScheduledThreadPoolExecutor)Executors.newScheduledThreadPool(corePoolSize);
}
public DelayLock lock(String key, long seconds) {
long maxDelaySeconds = seconds * DEFAULT_DELAY_TIMES;
maxDelaySeconds = maxDelaySeconds > DEFAULT_MAX_DELAY_SECONDS ? maxDelaySeconds : DEFAULT_MAX_DELAY_SECONDS;
return this.lock(key, seconds, maxDelaySeconds);
}
public DelayLock lock(String key, long seconds, long maxDelaySeconds) {
// check paramers
if (StringUtils.isBlank(key) || seconds <= 0 || maxDelaySeconds <= 0 || seconds > maxDelaySeconds) {
throw new java.lang.IllegalArgumentException(String.format("AutoDelayRedisLock check paramers fail:%s, %s, %s", key, seconds, maxDelaySeconds));
}
// redis lock
if (!this.redisLock.lock(key, seconds)) return null;
// delay lock
DelayLock delayLock = new DelayLock(key, seconds, maxDelaySeconds, this.redisLock);
// delay task
this.addDelayTask(delayLock);
return delayLock;
}
private void addDelayTask(DelayLock delayLock) {
DelayTask delayTask = new DelayTask(delayLock);
this.scheduledExecutor.schedule(delayTask, delayLock.calculateScheduleSeconds(), TimeUnit.SECONDS);
}
// private void removeDelayTask(ScheduledFuture<?> scheduledFuture) {
// boolean result = this.scheduledExecutor.getQueue().remove(scheduledFuture);
// if (!result) {
// System.out.println("removeDelayTask is null");
// }
// }
private class DelayTask implements Runnable {
private DelayLock delayLock;
DelayTask(DelayLock delayLock) {
this.delayLock = delayLock;
}
@Override
public void run() {
try {
this.doProcess();
} catch (Throwable t) {
logger.error("DelayTask run exception", t);
}
}
private void doProcess() {
if (!this.delayLock.isDelay()) {
logger.debug("DelayTask stop, key:{}", delayLock.key);
return;
}
if (this.delayLock.doDelay()) {
DelayTask delayTask = new DelayTask(delayLock);
AutoDelayRedisLock.this.scheduledExecutor.schedule(delayTask, delayLock.calculateScheduleSeconds(), TimeUnit.SECONDS);
} else {
logger.warn("DelayTask.doDelay stop, key:{}", delayLock.key);
}
}
}
public static class DelayLock {
private final String key;
private final long delaySeconds;
private final long maxDelaySeconds;
private final long createTime;
private final RedisLock redisLock;
private boolean isUnLock = false;
public long debugCount = 0;
public DelayLock(String key, long delaySeconds, long maxDelaySeconds, RedisLock redisLock) {
this.key = key;
this.delaySeconds = delaySeconds;
this.maxDelaySeconds = maxDelaySeconds;
this.redisLock = redisLock;
this.createTime = System.currentTimeMillis();
}
public synchronized boolean doDelay() {
if (isUnLock) return false;
boolean result = this.redisLock.expire(key, delaySeconds);
if (!result) {
logger.warn("DelayLock.doDelay, no find key:{}", key);
}
return result;
}
public synchronized void unLock() {
this.isUnLock = true;
this.redisLock.unLock(key);
}
public synchronized boolean isDelay() {
boolean overtimed = System.currentTimeMillis() > (createTime + maxDelaySeconds * 1000L);
return !(overtimed || this.isUnLock);
}
public long calculateScheduleSeconds() {
return delaySeconds / 2;
}
@Override
public String toString() {
return "DelayLock [key=" + key + ", delaySeconds=" + delaySeconds + ", maxDelaySeconds=" + maxDelaySeconds
+ ", createTime=" + createTime + ", redisLock=" + redisLock + ", isUnLock=" + isUnLock + "]";
}
}
@Override
public void close() throws IOException {
this.redisLock = null;
this.scheduledExecutor.shutdownNow();
}
}
package com.demo.redis.config;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import mtr.demo.distributed.lock.AutoDelayRedisLock;
import mtr.demo.distributed.lock.RedisLock;
import mtr.demo.distributed.lock.RedisLockImpl;
@Configuration
public class LockConfig {
@Bean
public RedisLock redisLock(StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
return new RedisLockImpl(stringRedisTemplate);
}
@Bean
public AutoDelayRedisLock autoDelayRedisLock(RedisLock redisLock) {
return new AutoDelayRedisLock(redisLock, 2);
}
}
4 注意
大家选redis做分布式锁的基础服务时，是不是会有一个“担忧“，如果redis是集群，是读写分离，多个redis实例，那么数据不一致就不可避免，还有什么“锁”可言，的确如此。
如果基于redis做分布式锁，那就必须保证同一份数据，同一时间，只有一个redis提供数据服务，例如：redis的哨兵模式，尽管一主多从，但从库在主库正常时，不对外提供读、写服务，在主从切换时，可能会有小概率问题，但这是小概率事件，因此满足条件。
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