通过Redis实现悲观锁，乐观锁
业务场景：
在高并发的环境下，多个线程去竞争同一个资源，比较常见的有高铁抢票系统，商品秒杀系统等，我们需要保证数据正确，同时系统的吞吐也要尽可能高。
解决方案：
一般多线程同步我们就会想到加锁，用synchornized关键字给并发代码块加锁，但是在我们的业务场景中，比如高铁抢票，有很多张不同的票，但是synchornized锁住了秒杀那个代码块，所有的票全都上了这一把锁，这么看锁的粒度还是太大了，其实我们只需要分别锁住每张票，比如根据票id来上锁，这样锁的粒度就刚刚好。我们可以通过Redis来实现分布式锁，下面分别介绍悲观锁和乐观锁。
Redis乐观锁：
乐观锁顾名思义，就是很乐观，我看到了一件商品库存是1，我觉得这件商品很少人抢，我尝试去下单，当我提交订单的时候，如果商品的库存还是1，那就说明在我之前没人下单，我就可以成功下单，否则的话就下单失败。在写操作较少的情况下，乐观锁是优于悲观锁的，吞吐量会大大提高，但是写操作比较频繁的话就会导致一直重试，如果重试代价较高则不推荐用乐观锁。
Redis的乐观锁主要是通过watch()来实现的，watch()的作用是监视键值对，首先是用multi()开启事务，exec()提交事务，提交事务的时候如果发现键值对的值发生变化则会取消事务，下面是一个测试例子：
/**
* 初始化商品
*/
private static void initProduct() {
// 商品个数
int prdNum = 3;
String key = "prdNum";
String customers = "customers";
Jedis jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
if(jedis.exists(key)){
jedis.del(key);
}
if(jedis.exists(customers) != null){
jedis.del(customers);
}
jedis.set(key, String.valueOf(prdNum));
RedisUtil.returnResource(jedis);
}
/**
* 顾客抢购商品（秒杀操作）
*/
private static void initClient() throws InterruptedException {
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
int num = 10;
for(int i=1; i<=num; i++){
cachedThreadPool.execute(new Customer(i)); //启动与顾客数目相等的线程
}
cachedThreadPool.shutdown();
while(true){
if(cachedThreadPool.isTerminated()){
System.out.println("所有的消费组线程均结束了！");
break;
}
Thread.sleep(100);
}
}
/**
* 打印结果
*/
private static void printResult() {
Jedis jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
Set<String> customers = jedis.smembers("customers");
int i = 1;
for (String customer : customers) {
System.out.println("第"+(i++)+"个抢到商品的顾客："+customer);
}
RedisUtil.returnResource(jedis);
}
static class Customer implements Runnable{
private String name;
private Jedis jedis = null;
private String key = "prdNum";
private String cust = "customers";
public Customer(int name) {
this.name = "编号=" + name;
}
/**
* multi：开启redis事务，置客户端为事务态
* exec：提交事务，执行从multi到此命令之前的命令队列，置客户端为非事务态
* discard：取消事务，置客户端为非事务态
* watch：监视键值对，exec提交事务时发现监视的键值发生变化则取消事务
*/
@Override
public void run() {
// 随机睡眠一下
try {
Thread.sleep((int)Math.random()*5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while(true){
System.out.println("顾客：" + name + "开始抢购商品！");
jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
try{
// 监视键值对
jedis.watch(key);
int prdNum = Integer.parseInt(jedis.get(key));
if(prdNum > 0){
// 开启事务
Transaction transaction = jedis.multi();
transaction.set(key, String.valueOf(prdNum - 1));
// 提交事务
List<Object> result = transaction.exec();
if(result == null || result.isEmpty()){
System.out.println("很抱歉，顾客" + name + "没有抢购到商品！");
}else{
// 抢到商品的话记录一下
jedis.sadd(cust, name);
System.out.println("恭喜顾客" + name + "抢到商品！");
break;
}
}else{
System.out.println("很抱歉，库存为0，顾客:" + name + "没有抢到商品");
break;
}
}catch (Exception e){
}finally {
jedis.unwatch();
RedisUtil.returnResource(jedis);
}
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
long startTime = System.currentTimeMillis();
initProduct();
initClient();
printResult();
long endTime = System.currentTimeMillis();
long time = endTime - startTime;
System.out.println("程序运行时间：" + (int )time + "ms");
}
运行结果：
Redis悲观锁
所谓悲观锁，就是比如有很多人抢同一件商品，这件商品的id是101，我就把商品id作为key加一把锁，锁住对商品库存进行写操作的代码块，如果有人来抢，首先需要尝试获取这把锁，才能对商品库存进行写的操作。当商品库存减少成功之后，再把锁释放，这样下一个人就再进来扣除这件商品的库存了。当然如果有人一直持有锁不放怎么办呢，就是所谓的“站着茅坑不拉shi”，我们可以设定锁的过期时间。所以悲观锁中的锁就是一个唯一标识的锁和该锁的过期时间，Redis实现悲观锁是用setNX操作实现的阻塞式分布式锁。
setNX
Redis的setNX就是设置一个key的value时，如果该key已经有value，则返回1，否则返回0。
redis> EXISTS job # job 不存在
(integer) 0redis> SETNX job "programmer" # job 设置成功
(integer) 1redis> SETNX job "code-farmer" # 尝试覆盖 job ，失败
(integer) 0redis> GET job # 没有被覆盖
"programmer"
我们可以用它来实现redis分布式锁，把锁过期时间作为value：
SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
当有多个线程来set“lock.foo”的值时，如果返回1说明获取到了锁，键值是锁的过期时间(当前时间+锁的有效时间),返回0则可以设定一个循环不断setNX来获取锁，而释放锁则是直接把这个key删除即可。在一个进程持有锁期间，其他进程还会不断调用“GET lock.foo”命令来检测锁是否超时。
下面是Redis悲观锁实现示例：
AbstractLock
public abstract class AbstractLock implements Lock {
/**
* <pre>
* 这里需不需要保证可见性值得讨论, 因为是分布式的锁,
* 1.同一个jvm的多个线程使用不同的锁对象其实也是可以的, 这种情况下不需要保证可见性
* 2.同一个jvm的多个线程使用同一个锁对象, 那可见性就必须要保证了.
* </pre>
*/
protected volatile boolean locked;
/**
* 当前jvm内持有该锁的线程(if have one)
*/
private Thread exclusiveOwnerThread;
public void lock() {
try {
lock(false, 0, null, false);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO ignore
}
}
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
lock(false, 0, null, true);
}
@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) {
try {
System.out.println("ghggggggggggggg");
return lock(true, time, unit, false);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("" + e);
}
return false;
}
public boolean tryLockInterruptibly(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return lock(true, time, unit, true);
}
public void unlock() {
// TODO 检查当前线程是否持有锁
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) {
throw new IllegalMonitorStateException("current thread does not hold the lock");
}
unlock0();
setExclusiveOwnerThread(null);
}
protected void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
exclusiveOwnerThread = thread;
}
protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
return exclusiveOwnerThread;
}
protected abstract void unlock0();
/**
* 阻塞式获取锁的实现
*
* @param useTimeout 是否超时
* @param time 获取锁的等待时间
* @param unit 时间单位
* @param interrupt
* 是否响应中断
* @return
* @throws InterruptedException
*/
protected abstract boolean lock(boolean useTimeout, long time, TimeUnit unit, boolean interrupt)
throws InterruptedException;
}
RedisBasedDistributedLock
public class RedisBasedDistributedLock extends AbstractLock {
private Jedis jedis;
protected String lockKey;//锁的名字
protected long lockExpire;//锁的有效时长(毫秒)
public RedisBasedDistributedLock(Jedis jedis,String lockKey,long lockExpire){
this.jedis = jedis;
this.lockKey = lockKey;
this.lockExpire = lockExpire;
}
@Override
public boolean tryLock() {
long lockExpireTime = System.currentTimeMillis() + lockExpire + 1;//锁超时时间
String stringOfLockExpireTime = String.valueOf(lockExpireTime);
if (jedis.setnx(lockKey, stringOfLockExpireTime) == 1) {//获取到锁
//设置相关标识
locked = true;
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
String value = jedis.get(lockKey);
if (value != null && isTimeExpired(value)) {//锁是过期的
//假设多个线程(非单jvm)同时走到这里
String oldValue = jedis.getSet(lockKey, stringOfLockExpireTime);//原子操作
// 但是走到这里时每个线程拿到的oldValue肯定不可能一样(因为getset是原子性的)
// 假如拿到的oldValue依然是expired的，那么就说明拿到锁了
if (oldValue != null && isTimeExpired(oldValue)) {//拿到锁
//设置相关标识
locked = true;
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
}
return false;
}
@Override
public Condition newCondition() {
// TODO Auto-generated method stub
return null;
}
/**
* 锁未过期，释放锁
*/
@Override
protected void unlock0() {
// 判断锁是否过期
String value = jedis.get(lockKey);
if (!isTimeExpired(value)) {
doUnlock();
}
}
/**
* 释放锁
* @date 2017-10-18
*/
public void doUnlock() {
jedis.del(lockKey);
}
/**
* 查询当前的锁是否被别的线程占有
* @return 被占有true，未被占有false
* @date 2017-10-18
*/
public boolean isLocked(){
if (locked) {
return true;
}else {
String value = jedis.get(lockKey);
// TODO 这里其实是有问题的, 想:当get方法返回value后, 假设这个value已经是过期的了,
// 而就在这瞬间, 另一个节点set了value, 这时锁是被别的线程(节点持有), 而接下来的判断
// 是检测不出这种情况的.不过这个问题应该不会导致其它的问题出现, 因为这个方法的目的本来就
// 不是同步控制, 它只是一种锁状态的报告.
return !isTimeExpired(value);
}
}
/**
* 检测时间是否过期
* @param value
* @return
* @date 2017-10-18
*/
public boolean isTimeExpired(String value) {
return Long.parseLong(value) < System.currentTimeMillis();
}
/**
* 阻塞式获取锁的实现
* @param useTimeout 是否超时
* @param time 获取锁的等待时间
* @param unit 时间单位
* @param interrupt
* 是否响应中断
*/
protected boolean lock(boolean useTimeout, long time, TimeUnit unit, boolean interrupt) throws InterruptedException {
if (interrupt) {
checkInterruption();
}
long start = System.currentTimeMillis();
long timeout = unit.toMillis(time);//
while (useTimeout ? isTimeout(start, timeout) : true) {
if (interrupt) {
checkInterruption();
}
long lockExpireTime = System.currentTimeMillis() + lockExpire + 1;//锁的超时时间
String stringLockExpireTime = String.valueOf(lockExpireTime);
if (jedis.setnx(lockKey, stringLockExpireTime) == 1) {//获取到锁
//成功获取到锁，设置相关标识
locked = true;
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
}
return false;
}
/*
* 判断是否超时(开始时间+锁等待超时时间是否大于系统当前时间)
*/
public boolean isTimeout(long start, long timeout) {
return start + timeout > System.currentTimeMillis();
}
/*
* 检查当前线程是否阻塞
*/
public void checkInterruption() throws InterruptedException {
if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
throw new InterruptedException();
}
}
}
Test
static class PessCustomer implements Runnable{
private String name;
private Jedis jedis = null;
private String key = "prdNum";
private String cust = "customers";
private RedisBasedDistributedLock redisBasedDistributedLock;
public PessCustomer(int num) {
this.name = "编号=" + num;
init();
}
private void init() {
jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
redisBasedDistributedLock = new RedisBasedDistributedLock(jedis, "lock.lock", 5*1000);
}
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while(true){
if(Integer.parseInt(jedis.get(key)) < 0){
break;
}
System.out.println("顾客：" + name + "开始抢购商品！");
if(redisBasedDistributedLock.tryLock()){
int prdNum = Integer.parseInt(jedis.get(key));
if(prdNum > 0){
jedis.decr(key); // 商品数减一
jedis.sadd(cust, name);
System.out.println("恭喜顾客：" + name + "抢购到商品！");
}else{
System.out.println("抱歉，库存为0，顾客：" + name + "没有抢到商品！");
}
redisBasedDistributedLock.unlock0(); // 释放锁
break;
}
}
// 释放资源
redisBasedDistributedLock = null;
RedisUtil.returnResource(jedis);
}
}
运行结果：
