使用Redis实现分布式锁的技术详解

黑猫Teng

于 2025-03-24 02:15:32 发布

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文章标签： redis 分布式数据库

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/teng7407326305/article/details/146465779

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使用Redis实现分布式锁的技术详解

一、引言

在分布式系统中，多个节点可能会同时访问共享资源，这就可能导致数据不一致的问题。为了解决这个问题，分布式锁应运而生。Redis作为一个高性能的内存数据库，提供了多种机制来实现分布式锁，本文将详细介绍如何使用Redis实现分布式锁。

二、分布式锁的基本概念

分布式锁是一种跨多个进程或节点的锁机制，用于协调对共享资源的访问。它保证了在任意时刻，只有一个客户端能够持有锁，从而避免了并发访问导致的数据不一致问题。

三、Redis实现分布式锁的原理

Redis提供了多种命令和机制来实现分布式锁，以下是几种常见的实现方式：

1. SETNX命令

SETNX（SET if Not eXists）命令用于在键不存在时设置键的值。如果键已经存在，则操作失败。这个命令可以用来实现简单的分布式锁。但是，SETNX命令本身并不具备设置过期时间的功能，因此需要结合EXPIRE命令一起使用。然而，这两个命令并不是原子的，如果SETNX成功但EXPIRE失败，就可能导致死锁。

2. SET命令的扩展参数

Redis的SET命令支持多个扩展参数，如NX（Not eXists）、EX（Expire seconds）和PX（Expire milliseconds）。其中，NX和EX/PX组合使用可以实现原子性的加锁操作。例如，SET lock_key unique_lock_value NX EX 10命令表示在lock_key不存在时设置其值为unique_lock_value，并设置过期时间为10秒。

3. Lua脚本保证原子性

为了确保加锁和释放锁的原子性，可以使用Lua脚本将多个Redis命令打包成一个原子操作。例如，可以使用Lua脚本来实现加锁和设置过期时间的原子操作。

四、Redis实现分布式锁的步骤

1. 引入Redis依赖

在Spring Boot项目中，可以通过在pom.xml文件中添加Redis的依赖来引入Redis支持。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

2. 加锁实现

加锁操作可以使用SET命令的扩展参数或Lua脚本来实现。以下是一个使用SET命令的扩展参数实现加锁的示例：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Collections;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Component
public class RedisLockUtil {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

    /**
     * 尝试获取分布式锁
     *
     * @param lockKey     锁键
     * @param requestId   请求标识
     * @param expireTime  过期时间
     * @param timeUnit    时间单位
     * @return 是否获取成功
     */
    public boolean tryLock(String lockKey, String requestId, long expireTime, TimeUnit timeUnit) {
        String result = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, requestId, expireTime, timeUnit);
        return LOCK_SUCCESS.equals(result);
    }
}

3. 释放锁实现

释放锁操作需要确保只释放自己持有的锁，以防止误删其他客户端的锁。这可以通过先获取锁的值，然后判断该值是否与自己的请求标识一致来实现。为了确保操作的原子性，可以使用Lua脚本来实现。

import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;

/**
 * 释放分布式锁
 *
 * @param lockKey     锁键
 * @param requestId   请求标识
 * @return 是否释放成功
 */
public boolean unlock(String lockKey, String requestId) {
    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);
    return redisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(lockKey), requestId) == RELEASE_SUCCESS;
}

4. 设置锁过期时间

在加锁时，需要设置锁的过期时间，以防止死锁的发生。过期时间应根据具体业务需求来设置，不宜过长或过短。

五、代码演示

1. 引入依赖

确保在pom.xml文件中引入了Redis的依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>

2. 加锁与释放锁的工具类

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.Collections;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Component
public class RedisLockUtil {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

    /**
     * 尝试获取分布式锁
     *
     * @param lockKey     锁键
     * @param requestId   请求标识
     * @param expireTime  过期时间
     * @param timeUnit    时间单位
     * @return 是否获取成功
     */
    public boolean tryLock(String lockKey, String requestId, long expireTime, TimeUnit timeUnit) {
        String result = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, requestId, expireTime, timeUnit);
        return LOCK_SUCCESS.equals(result);
    }

    /**
     * 释放分布式锁
     *
     * @param lockKey     锁键
     * @param requestId   请求标识
     * @return 是否释放成功
     */
    public boolean unlock(String lockKey, String requestId) {
        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);
        return redisTemplate.execute(redisScript, Collections.singletonList(lockKey), requestId) == RELEASE_SUCCESS;
    }
}

3. 使用示例

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class LockController {

    @Autowired
    private RedisLockUtil redisLockUtil;

    @GetMapping("/lock")
    public String lock(@RequestParam String lockKey, @RequestParam long expireTime) {
        String requestId = String.valueOf(System.currentTimeMillis());
        if (redisLockUtil.tryLock(lockKey, requestId, expireTime, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
            try {
                // 执行业务逻辑
                return "加锁成功，执行业务逻辑";
            } finally {
                redisLockUtil.unlock(lockKey, requestId);
            }
        } else {
            return "加锁失败，请重试";
        }
    }
}