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Redis分散式鎖定實現的方法是什麼

王林轉載: 2023-05-28 17:58:271719瀏覽

一、分散式鎖定是什麼

分散式鎖定是滿足分散式系統或叢集模式下多進程可見且互斥的鎖。

基於Redis實作分散式鎖定：

1、取得鎖定

#互斥：確保只能有一個執行緒取得鎖定;
非阻塞：嘗試取得鎖定，成功返回true，失敗返回false；

新增鎖定過期時間，避免服務當機造成死鎖。

SET lock thread1 NX EX 10

#2、釋放鎖定

手動釋放；DEL key1
逾時釋放，取得鎖定時新增一個逾時鎖定；

二、程式碼實例

package com.guor.utils;

import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class RedisLock implements ILock{

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public RedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";

    @Override
    public boolean tryLock(long timeout) {
        // 获取线程唯一标识
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        // 获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId+"", timeout, TimeUnit.SECONDS);
        // 防止拆箱的空指针异常
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

上面程式碼存在鎖定誤刪問題：

如果執行緒1取得鎖定，但執行緒1發生了阻塞，導致Redis逾時釋放鎖定；
##此時，執行緒2嘗試取得鎖，成功，並執行業務；
此時，執行緒1重新開始執行任務，並執行完畢，執行釋放鎖（即刪除鎖定）；
但是，線程1刪除的鎖，和線程2的鎖是同一把鎖，這就是
分散式鎖定誤刪問題;

#在釋放鎖定時，釋放執行緒自己的分散式鎖定，就可以解決這個問題。

package com.guor.utils;

import cn.hutool.core.lang.UUID;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class RedisLock implements ILock{

    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public RedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    private static final String UUID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";

    @Override
    public boolean tryLock(long timeout) {
        // 获取线程唯一标识
        String threadId = UUID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeout, TimeUnit.SECONDS);
        // 防止拆箱的空指针异常
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        // 获取线程唯一标识
        String threadId = UUID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        // 获取锁中的标识
        String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
        // 判断标示是否一致
        if(threadId.equals(id)) {
            // 释放锁
            stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
        }
    }
}

三、基於

SETNX`實現的分散式鎖定存在以下幾個問題`

1、不可重入

同一個執行緒無法多次取得同一把鎖。

2、不可重試

取得鎖定只嘗試一次就回傳false，沒有重試機制。

3、逾時釋放

鎖的逾時釋放雖然可以避免死鎖，但如果業務執行耗時較長，也會導致鎖定釋放，存在安全隱患。

4、主從一致性

如果Redis是叢集部署的，主從同步存在延遲，當主機宕機時，此時會選一個從作為主機，但是此時的從沒有鎖標識，此時，其它執行緒可能會取得到鎖，導致安全性問題。

四、Redisson實作分散式鎖定

Redisson是基於Redis實作的操作Java記憶體資料網格。除了提供常用的分散式Java對象，它還提供了許多分散式服務，其中包括各種分散式鎖定的實作。

1、pom

<!--redisson-->
<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.13.6</version>
</dependency>

2、設定類別

package com.guor.config;

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class RedissonConfig {

    @Bean
    public RedissonClient redissonClient(){
        // 配置
        Config config = new Config();

        /**
         * 单点地址useSingleServer，集群地址useClusterServers
         */
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379").setPassword("123456");
        // 创建RedissonClient对象
        return Redisson.create(config);
    }
}

3、測試類別

package com.guor;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import javax.annotation.Resource;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Slf4j
@SpringBootTest
class RedissonTest {

    @Resource
    private RedissonClient redissonClient;

    private RLock lock;

    @BeforeEach
    void setUp() {
    	// 获取指定名称的锁
        lock = redissonClient.getLock("nezha");
    }

    @Test
    void test() throws InterruptedException {
        // 尝试获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock(1L, TimeUnit.SECONDS);
        if (!isLock) {
            log.error("获取锁失败");
            return;
        }
        try {
            log.info("哪吒最帅，哈哈哈");
        } finally {
            // 释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
}

五、探索tryLock原始碼

#1 、tryLock原始碼

嘗試取得鎖定

public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
	// 最大等待时间
	long time = unit.toMillis(waitTime);
	long current = System.currentTimeMillis();
	long threadId = Thread.currentThread().getId();
	Long ttl = this.tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
	if (ttl == null) {
		return true;
	} else {
		// 剩余等待时间 = 最大等待时间 - 获取锁失败消耗的时间
		time -= System.currentTimeMillis() - current;
		if (time <= 0L) {// 获取锁失败
			this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
			return false;
		} else {
			// 再次尝试获取锁
			current = System.currentTimeMillis();
			// subscribe订阅其它释放锁的信号
			RFuture<RedissonLockEntry> subscribeFuture = this.subscribe(threadId);
			// 当Future在等待指定时间time内完成时，返回true
			if (!subscribeFuture.await(time, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
				if (!subscribeFuture.cancel(false)) {
					subscribeFuture.onComplete((res, e) -> {
						if (e == null) {
							// 取消订阅
							this.unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
						}

					});
				}

				this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
				return false;// 获取锁失败
			} else {
				try {
					// 剩余等待时间 = 剩余等待时间 - 获取锁失败消耗的时间
					time -= System.currentTimeMillis() - current;
					if (time <= 0L) {
						this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
						boolean var20 = false;
						return var20;
					} else {
						boolean var16;
						do {
							long currentTime = System.currentTimeMillis();
							// 重试获取锁
							ttl = this.tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);
							if (ttl == null) {
								var16 = true;
								return var16;
							}
							// 再次失败了，再看一下剩余时间
							time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
							if (time <= 0L) {
								this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
								var16 = false;
								return var16;
							}
							// 再重试获取锁
							currentTime = System.currentTimeMillis();
							if (ttl >= 0L && ttl < time) {
								// 通过信号量的方式尝试获取信号，如果等待时间内，依然没有结果，会返回false
								((RedissonLockEntry)subscribeFuture.getNow()).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
							} else {
								((RedissonLockEntry)subscribeFuture.getNow()).getLatch().tryAcquire(time, TimeUnit.MILLISECONDS);
							}
							time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;
						} while(time > 0L);

						this.acquireFailed(waitTime, unit, threadId);
						var16 = false;
						return var16;
					}
				} finally {
					this.unsubscribe(subscribeFuture, threadId);
				}
			}
		}
	}
}

2、重置鎖定的有效期限

private void scheduleExpirationRenewal(long threadId) {
	RedissonLock.ExpirationEntry entry = new RedissonLock.ExpirationEntry();
	// this.getEntryName()：锁的名字，一个锁对应一个entry
	// putIfAbsent：如果不存在，将锁和entry放到map里
	RedissonLock.ExpirationEntry oldEntry = (RedissonLock.ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(this.getEntryName(), entry);
	if (oldEntry != null) {
		// 同一个线程多次获取锁，相当于重入
		oldEntry.addThreadId(threadId);
	} else {
		// 如果是第一次
		entry.addThreadId(threadId);
		// 更新有效期
		this.renewExpiration();
	}
}

更新有效期，遞迴呼叫更新有效期，永不過期

private void renewExpiration() {
	// 从map中得到当前锁的entry
	RedissonLock.ExpirationEntry ee = (RedissonLock.ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(this.getEntryName());
	if (ee != null) {
		// 开启延时任务
		Timeout task = this.commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
			public void run(Timeout timeout) throws Exception {
				RedissonLock.ExpirationEntry ent = (RedissonLock.ExpirationEntry)RedissonLock.EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(RedissonLock.this.getEntryName());
				if (ent != null) {
					// 取出线程id
					Long threadId = ent.getFirstThreadId();
					if (threadId != null) {
						// 刷新有效期
						RFuture<Boolean> future = RedissonLock.this.renewExpirationAsync(threadId);
						future.onComplete((res, e) -> {
							if (e != null) {
								RedissonLock.log.error("Can&#39;t update lock " + RedissonLock.this.getName() + " expiration", e);
							} else {
								if (res) {
									// 递归调用更新有效期，永不过期
									RedissonLock.this.renewExpiration();
								}
							}
						});
					}
				}
			}
		}, this.internalLockLeaseTime / 3L, TimeUnit.MILLISECONDS);// 10S
		ee.setTimeout(task);
	}
}

更新有效期限

protected RFuture<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {
	return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN, 
	// 判断当前线程的锁是否是当前线程
	"if (redis.call(&#39;hexists&#39;, KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then 
		// 更新有效期
		redis.call(&#39;pexpire&#39;, KEYS[1], ARGV[1]); 
		return 1; 
		end; 
		return 0;", 
		Collections.singletonList(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}

3、呼叫lua腳本

<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
	// 锁释放时间
	this.internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
	return this.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, command, 
		// 判断锁成功
		"if (redis.call(&#39;exists&#39;, KEYS[1]) == 0) then
			redis.call(&#39;hincrby&#39;, KEYS[1], ARGV[2], 1); // 如果不存在，记录锁标识，次数+1
			redis.call(&#39;pexpire&#39;, KEYS[1], ARGV[1]); // 设置锁有效期
			return nil; // 相当于Java的null
		end; 
		if (redis.call(&#39;hexists&#39;, KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then 
			redis.call(&#39;hincrby&#39;, KEYS[1], ARGV[2], 1); // 如果存在，判断锁标识是否是自己的，次数+1
			redis.call(&#39;pexpire&#39;, KEYS[1], ARGV[1]); // 设置锁有效期
			return nil; 
		end; 
		// 判断锁失败，pttl：指定锁剩余有效期，单位毫秒，KEYS[1]：锁的名称
		return redis.call(&#39;pttl&#39;, KEYS[1]);", 
			Collections.singletonList(this.getName()), this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId));
}

六、釋放鎖定unlock原始碼

1、取消更新任務

public RFuture<Void> unlockAsync(long threadId) {
	RPromise<Void> result = new RedissonPromise();
	RFuture<Boolean> future = this.unlockInnerAsync(threadId);
	future.onComplete((opStatus, e) -> {
		// 取消更新任务
		this.cancelExpirationRenewal(threadId);
		if (e != null) {
			result.tryFailure(e);
		} else if (opStatus == null) {
			IllegalMonitorStateException cause = new IllegalMonitorStateException("attempt to unlock lock, not locked by current thread by node id: " + this.id + " thread-id: " + threadId);
			result.tryFailure(cause);
		} else {
			result.trySuccess((Object)null);
		}
	});
	return result;
}

2、刪除定時任務

void cancelExpirationRenewal(Long threadId) {
	// 从map中取出当前锁的定时任务entry
	RedissonLock.ExpirationEntry task = (RedissonLock.ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(this.getEntryName());
	if (task != null) {
		if (threadId != null) {
			task.removeThreadId(threadId);
		}
		// 删除定时任务
		if (threadId == null || task.hasNoThreads()) {
			Timeout timeout = task.getTimeout();
			if (timeout != null) {
				timeout.cancel();
			}

			EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(this.getEntryName());
		}
	}
}

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