redis樂觀鎖與悲觀鎖怎麼使用

概念

Redis是一種記憶體中的鍵值儲存系統，它支援多種資料結構，包括字串、雜湊、列表等。 Redis提供了兩種鎖機制，即樂觀鎖和悲觀鎖。

樂觀鎖定

樂觀鎖定是一種樂觀的並發控制策略，它認為資料在大多數情況下不會被其他執行緒佔用，因此每次需要修改資料時，都不會取得鎖，而是直接進行修改。在Redis中，可以透過WATCH和CAS指令來實現樂觀鎖，WATCH指令用於監視一個或多個鍵，CAS指令用來檢查並更新鍵的值。

舉個例子，如果存在一個計數器的鍵名為counter，多個客戶端都需要對其進行操作。可以使用樂觀鎖定的方式，透過執行WATCH指令來在每個客戶端操作之前監視counter鍵

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

然後，在EXEC指令執行之前，使用GET指令再次取得counter鍵的值，並將其與之前取得的值進行比較。如果值相等，就說明期間沒有其他客戶端對counter鍵進行了修改，此時可以使用CAS指令將新值設定到counter鍵中。如果值不同，則表示在這段期間其他客戶端修改了計數器鍵，需要重新執行操作。

GET counter

悲觀鎖定

悲觀鎖定是一種悲觀的並發控制策略，它認為資料在大多數情況下都會被其他執行緒佔用，因此每次需要修改資料時，都會先取得鎖，確保在修改期間沒有其他執行緒可以存取該資料。在Redis中，可以透過WATCH指令來實現悲觀鎖，該指令可以監視一個或多個鍵，如果在交易執行期間有任何被監視鍵的值發生了變化，整個事務會被回滾。

還是上文的例子

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

如果在執行交易期間，有其他客戶端修改了counter鍵，那麼整個交易會被回滾，需要重新執行。

悲觀鎖定雖然能確保資料一致性的優點，但其缺點在於需要先取得鎖，這可能會造成執行緒阻塞，進而影響並發效能。

樂觀鎖定範例

假設有一個電商平台，使用者可以在平台上購買商品。為了確保商品庫存的減少是一致的，可以利用Redis的樂觀鎖機制來實現。

首先，我們需要在Redis中保存每個商品的庫存信息，使用hash資料結構來保存，例如：

然後，在業務邏輯中，當用戶購買一個商品時，需要執行以下步驟：

• 使用WATCH指令監視商品庫存鍵，例如stock:sku001；

• 使用GET指令取得目前商品庫存數量;

• 檢查商品庫存是否足夠，如果不足，直接返回錯誤訊息；

• 計算新的庫存數量，並使用MULTI命令開啟一個事務；

• 使用HSET指令將新的庫存數量儲存到Redis；

• 執行事務，如果在執行期間有其他客戶端修改了商品庫存，會回滾事務，需要重新執行。

下面是使用Spring Boot實作的範例程式碼：

@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
        }
    }
}

在上面的程式碼中，我們使用RedisTemplate來操作Redis，其中watch方法用於監視商品庫存鍵，opsForHash方法用於取得和修改商品庫存的值，multi和exec方法用於開啟和提交事務。

悲觀鎖定範例

除了樂觀鎖，Redis也支援悲觀鎖，可以透過設定NX（Not Exist）或XX（Exist）標誌來實現。例如，當NX標誌設為true時，如果鎖不存在，會傳回OK，並建立一個鎖；如果鎖已經存在，會傳回null，表示取得鎖定失敗。反之，當XX標誌設為true時，如果鎖已經存在，會回傳OK，表示取得鎖成功；如果鎖不存在，會回傳null，表示取得鎖失敗。

下面是使用Spring Boot實現的悲觀鎖定範例程式碼：

@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);
        }
    }
}

在上面的程式碼中，我們使用setIfAbsent方法來嘗試取得鎖，如果鎖已經存在，說明其他執行緒正在執行相關操作，此時會傳回false，表示取得鎖定失敗；否則，會傳回true，表示取得鎖定成功。我們會先取得鎖，然後設定鎖的過期時間並執行對應的操作，最後釋放鎖。

以上是redis樂觀鎖與悲觀鎖怎麼使用的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！