一文詳解如何使用Redis實現分散式鎖
- WBOY轉載
- 2022-09-07 14:18:182143瀏覽
推薦學習：Redis影片教學
#1. 什麼是分散式鎖定
當我們在寫多執行緒程式碼的時候，不同的執行緒可能會發生資源的爭奪，為了避免資源爭奪造成的錯誤，我們會對資源上鎖，只有獲得鎖的執行緒才能繼續往下執行。
進程中的鎖，本質就是記憶體中一個變量，當一個執行緒執行某個操作申請加鎖時，如果能成功把代表鎖的變數值設為1，則表示獲得了鎖，其他執行緒想要取得鎖時會阻塞，而擁有鎖的執行緒執行完操作後，再把鎖的值設為0，則表示釋放了鎖。
上面我們說的是在一台伺服器的進程內不同執行緒之間的鎖，這個鎖是放在記憶體中的，而對於分散式應用程式來說，不同的應用(進程或執行緒)部署在不同的伺服器上，這樣就不能透過記憶體中的變數來表示鎖。
即然在一台伺服器上可以透過記憶體這塊共享的空間來表示鎖，那麼對於分散式應用程式來說，可以共享儲存系統來儲存一個共享鎖，這就是分散式鎖，而Redis作為記憶體資料庫，執行非常快，很適合作為實現分散式鎖的共享儲存系統。
2. 使用Redis實作分散式鎖定
對於一個鎖定來說，其實只有兩個動作，加上鎖定和釋放鎖定，下面我們看來看透過Redis怎麼實現？
2.1 加鎖
Redis的setnx指令會判斷鍵值是否存在，如果存在則不做任何操作，並返回0，如果不存在，則創建並賦值，並返回1，因此我們可以執行setnx為一個代表鎖鍵設定值，如果能設定成功，則表示獲得鎖，失敗則無法獲得鎖。
# 使用key为lock来表示一个锁 setnx lock 1
2.2 釋放鎖定
當執行好操作之後，要釋放鎖定的時候直接把Redis裡的鍵值lock 刪除就可以了，這樣其他行程才能透過setnx指令重新設定並取得該鎖定。
# 释放锁 del lock
透過上面兩個指令，我們實作了一個簡單的分散式鎖，但這裡就出現了一個問題：如果一個行程透過setnx指令加鎖之後，在執行具體操作出錯了，沒有辦法及時釋放鎖，那麼其他進程就無法獲得該鎖，系統便無法繼續往下執行，解決這個問題的辦法就是為鎖設置一個有效期，在這個有效期之後，自動釋放鎖。
2.3 給鎖定設定有效期限
給鎖定設定有效期限非常簡單，直接使用Redis的expire指令就可以了，如：
# 加锁 setnx lock 1 # 给锁设置10s有效期 expire lock 10
但是，現在又出現另一個問題了，如果我們在設定了鎖定之後，執行expire命令之前該進程掛掉了，那麼expire 就沒有執行成功，鎖一樣是沒有被釋放掉的，所以一定要確保上面兩個指令要一起執行，怎麼保證呢？
有兩個方法，一個是使用LUA語言寫的腳本，另一個是使用Redis的set指令， set指令後面跟著nx參數後，執行的效果與setnx#一致，且set指令可以跟ex參數來設定過期時間，所以我們可以使用set指令把setnx和expire兩個合併在一起，這樣就可以保證執行的原子性了。
# 判断是否键值是否存在，ex后面跟着的是键值的有效期,10s set lock 1 nx ex 10
解決了鎖的有效問題，現在我們再來看另一個問題。
如上圖所示，現在有A，B，C三個不同伺服器上的進程在執行某個操作都需要取得鎖，執行後要釋放鎖。
现在的情况是进程A执行第2步时卡顿了(上面绿色区域所示)，且时间超出了锁有效期，所以进程A设置的锁自动释放了，这时候进程B获得了锁，并开始执行操作，但由于进程A只是卡顿了而已，所以会继续执行的时候，在第3步的时候会手动释放锁，但是这个时候，锁由线程B所拥有，也就是说进程A删除的不是自己的锁，而进程B的锁，这时候进程B还没执行完，但锁被释放后，进程C可以加锁，也就是说由于进程A卡顿释放错了锁，导致进程B和进程C可以同时获得锁。
怎么避免这种情况呢？如何区分其他进程的锁，避免删除其他进程的锁呢？答案就是每个进程在加锁的时候，给锁设置一个唯一值，并在释放锁的时候，判断是不是自己设置的锁。
2.4 给锁设置唯一值
给锁设置唯一值的时候，一样是使用set命令，唯一的不同是将键值1改为一个随机生成的唯一值，比如uuid。
# rand_uid表示唯一id set lock rand_id nx ex 10
当锁里的值由进程设置后，释放锁的时候，就需要判断锁是不是自己的，步骤如下：
- 通过
Redis的get命令获得锁的值 - 根据获得的值，判断锁是不是自己设置的
- 如果是，通过
del命令释放锁。
此时我们看到，释放锁需要执行三个操作，如果三个操作依次执行的话，是没有办法保证原子性的，比如进程A在执行到第2步后，准备开始执行del命令时，而锁由时有效期到了，被自动释放了，并被其他服务器上的进程B获得锁，但这时候线程A执行del还是把线程B的锁给删掉了。
解决这个问题的办法就是保证上述三个操作执行的原子性，即在执行释放锁的三个操作中，其他进程不可以获得锁，想要做到这一点，需要使用到LUA脚本。
2.5 通过LUA脚本实现释放锁的原子性
Redis支持LUA脚本，LUA脚里的代码执行的时候，其他客户端的请求不会被执行，这样可以保证原子性操作，所以我们可以使用下面脚本进行锁的释放：
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("del",KEYS[1])
else
return 0
end将上述脚本保存为脚本后，可以调用Redis客户端命令redis-cli来执行，如下：
# lock为key,rand_id表示key里保存的值 redis-cli --eval unlock.lua lock , rand_id
推荐学习：Redis视频教程
以上是一文詳解如何使用Redis實現分散式鎖的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！