Redisの楽観的ロックと悲観的ロックの使い方

コンセプト

Redisは、文字列、ハッシュ、リストなどを含むさまざまなデータ構造をサポートするインメモリのキー/値ストレージ システムです。 Redis は、楽観的ロックと悲観的ロックという 2 つのロック メカニズムを提供します。

オプティミスティック ロック

オプティミスティック ロックはオプティミスティックな同時実行制御戦略であり、ほとんどの場合、データは他のスレッドによって占有されないと考えられるため、データの変更が必要になるたびに占有されます。 not ロックが取得され、変更が直接行われます。 Redis では、WATCH および CAS コマンドを使用してオプティミスティック ロックを実装できます。WATCH コマンドは 1 つ以上のキーの監視に使用され、CAS コマンドはキーの値の確認と更新に使用されます。

たとえば、キー名が counter のカウンターがある場合、複数のクライアントがそれを操作する必要があります。 WATCH コマンド

WATCH counter
current_count = GET counter
new_count = current_count + 1
MULTI
SET counter new_count
EXEC

を実行することで、オプティミスティック ロックを使用して各クライアント操作の前にカウンター キーを監視できます。その後、EXEC コマンドを実行する前に、GET コマンドを使用してカウンター キーの値を再度取得し、保存します。以前に取得した値と比較します。値が等しい場合は、期間中に他のクライアントがカウンター キーを変更していないことを意味します。このとき、CAS コマンドを使用して新しい値をカウンター キーに設定できます。値が異なる場合は、この期間中に他のクライアントがカウンター キーを変更したことを意味し、操作を再度実行する必要があります。

GET counter

悲観的ロック

悲観的ロックは悲観的な同時実行制御戦略です。ほとんどの場合、データは他のスレッドによって占有されると考えられるため、データを変更する必要があるたびに、まずロックを取得して、変更中に他のスレッドがデータにアクセスできないようにします。 Redis では、1 つ以上のキーを監視できる WATCH コマンドを通じて悲観的ロックを実装でき、トランザクションの実行中に監視対象のキーの値が変更されると、トランザクション全体がロールバックされます。

引き続き上記の例です

WATCH counter
current_count = GET counter
new_count = current_count + 1
MULTI
SET counter new_count
EXEC

トランザクションの実行中に他のクライアントがカウンター キーを変更すると、トランザクション全体がロールバックされるため、再実行する必要があります。

悲観的ロックはデータの一貫性という利点を確保できますが、欠点は、最初にロックを取得する必要があるため、スレッドのブロックが発生し、同時実行パフォーマンスに影響を与える可能性があることです。

楽観的ロックの例

ユーザーが商品を購入できる電子商取引プラットフォームがあると仮定します。製品在庫の削減を一貫して行うために、Redis のオプティミスティック ロック メカニズムを使用してこれを実現できます。

まず、ハッシュ データ構造を使用して、各製品の在庫情報を Redis に保存する必要があります。たとえば、次のようになります。

次に、ビジネス ロジックで、ユーザーが購入したときに、

• WATCH コマンドを使用して、stock:sku001; などの製品在庫キーを監視します。

• GET コマンドを使用して現在の製品在庫数量を取得します。

• ##製品在庫が十分であるかどうかを確認し、不足している場合は直接エラー メッセージを返します。

##新しい在庫数量を計算し、MULTI コマンドを使用してトランザクションを開きます。

• ##HSET コマンドを使用して、新しい在庫数量を Redis に保存します。

• 実行中に他の顧客がいる場合はトランザクションを実行します。最後に製品在庫が変更された場合、トランザクションはロールバックされるため、再実行する必要があります。

• 以下は Spring Boot を使用して実装されたサンプル コードです:

  @Service
  public class OrderService {
      private final RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate;
  
      @Autowired
      public OrderService(RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate) {
          this.redisTemplate = redisTemplate;
      }
  
      public void placeOrder(String sku, int quantity) {
          String stockKey = "stock:" + sku;
          while (true) {
              // 监视商品库存键，以便在事务开始前检测是否有其他客户端修改了库存
              redisTemplate.watch(stockKey);
              // 获取当前库存数量
              int currentStock = redisTemplate.opsForHash().get(stockKey, sku);
              // 检查库存是否足够
              if (currentStock < quantity) {
                  // 库存不足，放弃事务并抛出异常
                  redisTemplate.unwatch();
                  throw new RuntimeException("Out of stock");
              }
              // 计算新的库存数量
              int newStock = currentStock - quantity;
              // 开始事务
              redisTemplate.multi();
              // 更新库存数量
              redisTemplate.opsForHash().put(stockKey, sku, newStock);
              // 提交事务
              List<Object> results = redisTemplate.exec();
              // 如果事务执行成功，则退出循环
              if (results != null) {
                  break;
              }
              // 如果事务执行失败，则重试
          }
      }
  }

上記のコードでは、RedisTemplate を使用して Redis を操作し、watch メソッドを使用して監視しています。製品在庫キーの場合、opsForHash メソッドは製品在庫の値の取得と変更に使用され、multi メソッドと exec メソッドはトランザクションのオープンと送信に使用されます。

悲観的ロックの例

Redis は、楽観的ロックに加えて、NX (存在しない) または XX (存在) フラグを設定することで実現できる悲観的ロックもサポートしています。たとえば、NX フラグが true に設定されている場合、ロックが存在しない場合は OK が返され、ロックが作成されます。ロックがすでに存在する場合は、ロックの取得に失敗したことを示す null が返されます。逆に、XX フラグが true の場合、既にロックが存在する場合はロックの取得が成功したことを示す OK が返され、ロックが存在しない場合はロックの取得が失敗したことを示す null が返されます。 。

次は、Spring Boot を使用して実装された悲観的ロックのサンプル コードです:

@Service
public class OrderService {
    private final RedisTemplate<String, String> redisTemplate;

    @Autowired
    public OrderService(RedisTemplate<String, String> redisTemplate) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    public void placeOrder(String sku, int quantity) {
        String lockKey = "lock:" + sku;
        // 尝试获取锁，如果锁已经存在，说明有其他线程正在执行相关操作
        Boolean locked = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "locked");
        if (!locked) {
            // 获取锁失败，抛出异常
            throw new RuntimeException("Unable to acquire lock");
        }
        // 设置锁的过期时间，防止锁被一直占用
        redisTemplate.expire(lockKey, 10, TimeUnit.SECONDS);
        try {
            // 执行订单创建、扣减库存等操作
        } finally {
            // 释放锁
            redisTemplate.delete(lockKey);
        }
    }
}

上記のコードでは、setIfAbsent メソッドを使用してロックの取得を試みます。ロックがすでに存在する場合は、他のスレッドが実行中であることを意味します 関連する操作については、この時点で false が返され、ロックの取得が失敗したことを示します。それ以外の場合は、true が返され、ロックの取得が成功したことを示します。まずロックを取得し、次にロックの有効期限を設定して対応する操作を実行し、最後にロックを解放します。

以上がRedisの楽観的ロックと悲観的ロックの使い方の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。