2023-06-19：讲一讲Redis分布式锁的实现？

2023-06-19：讲一讲Redis分布式锁的实现？

答案2023-06-19：

Redis分布式锁最简单的实现

要实现分布式锁，确实需要使用具备互斥性的Redis操作。其中一种常用的方式是使用SETNX命令，该命令表示"SET if Not Exists"，即只有在key不存在时才设置其值，否则不进行任何操作。通过这种方式，两个客户端进程可以执行SETNX命令来实现互斥，从而达到分布式锁的目的。

下面是一个示例：

客户端1申请加锁，加锁成功：

SETNX lock_key 1

客户端2申请加锁，由于它处于较晚的时间，加锁失败：

SETNX lock_key 1

通过这种方式，您可以使用Redis的互斥性来实现简单的分布式锁机制。

image.png

对于加锁成功的客户端，可以执行对共享资源的操作，比如修改MySQL的某一行数据或调用API请求。

操作完成后，需要及时释放锁，以便后续的请求能够访问共享资源。释放锁非常简单，只需使用DEL命令来删除相应的锁键（key）即可。

下面是释放锁的示例逻辑：

DEL lock_key

通过执行以上DEL命令，成功释放锁，以让后续的请求能够获得锁并执行操作共享资源的逻辑。

这样，通过使用SETNX命令进行加锁，然后使用DEL命令释放锁，您就可以实现基本的分布式锁机制。

image.png

但是，它存在一个很大的问题，当客户端 1 拿到锁后，如果发生下面的场景，就会造成「死锁」：

1、程序处理业务逻辑异常，没有及时释放锁。

2、进程崩溃或意外停止，无法释放锁。

在这种情况下，客户端将永远占用该锁，其他客户端将无法获取该锁。如何解决这个问题呢？

如何避免死锁？

当考虑在申请锁时为其设置一个「租期」时，可以在Redis中通过设置「过期时间」来实现。假设我们假设操作共享资源的时间不会超过10秒，在加锁时，可以给该key设置一个10秒的过期时间即可。这样做可以确保在申请锁后的一段时间内，如果锁的持有者在该时间内没有更新锁的过期时间，锁将会自动过期，从而防止锁被永久占用

SETNX lock 1    // 加锁
EXPIRE lock 10  // 10s后自动过期

image.png

这样一来，无论客户端是否异常，这个锁都可以在 10s 后被「自动释放」，其它客户端依旧可以拿到锁。

但现在还是有问题：

当前的操作是将加锁和设置过期时间作为两个独立的命令执行，存在一个问题，即可能只执行了第一条命令而第二条命令却未能及时执行，从而导致问题。例如：

  • SETNX 命令执行成功后，由于网络问题导致 EXPIRE 命令执行失败。

  • SETNX 命令执行成功后，Redis 异常宕机，导致 EXPIRE 命令没有机会执行。

  • SETNX 命令执行成功后，客户端异常崩溃，同样导致 EXPIRE 命令没有机会执行。

总之，这两条命令不能保证是原子操作（一起成功），就有潜在的风险导致过期时间设置失败，依旧发生「死锁」问题。

幸运的是，在 Redis 2.6.12 版本之后，Redis 扩展了 SET 命令的参数。用这一条命令就可以了：

SET lock 1 EX 10 NX

image.png

锁被别人释放怎么办？

上面的命令执行时，每个客户端在释放锁时，并没有进行严格的验证，存在释放别人锁的潜在风险。为了解决这个问题，可以在加锁时为每个客户端设置一个唯一的标识符（unique identifier），并在解锁时对比标识符来验证是否有权释放锁。

例如，可以是自己的线程 ID，也可以是一个 UUID（随机且唯一），这里我们以UUID 举例：

SET lock $uuid EX 20 NX

之后，在释放锁时，要先判断这把锁是否还归自己持有，伪代码可以这么写：

if redis.get("lock") == $uuid:
    redis.del("lock")

这里释放锁使用的是 GET + DEL 两条命令，这时，又会遇到我们前面讲的原子性问题了。这里可以使用lua脚本来解决。

安全释放锁的 Lua 脚本如下：

if redis.call("GET",KEYS[1]) == ARGV[1]
then
    return redis.call("DEL",KEYS[1])
else
    return 0
end

好了，这样一路优化，整个的加锁、解锁的流程就更「严谨」了。

这里我们先小结一下，基于 Redis 实现的分布式锁，一个严谨的的流程如下：

1、加锁

SET lock_key $unique_id EX $expire_time NX

2、操作共享资源

3、释放锁：Lua 脚本，先 GET 判断锁是否归属自己，再DEL 释放锁

go代码实现分布式锁

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"sync"
	"time"

	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"github.com/google/uuid"
)

const (
	LockTime         = 5 * time.Second
	RS_DISTLOCK_NS   = "tdln:"
	RELEASE_LOCK_LUA = `
        if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] then
            return redis.call('del', KEYS[1])
        else
            return 0
        end
    `
)

type RedisDistLock struct {
	id          string
	lockName    string
	redisClient *redis.Client
	m           sync.Mutex
}

func NewRedisDistLock(redisClient *redis.Client, lockName string) *RedisDistLock {
	return &RedisDistLock{
		lockName:    lockName,
		redisClient: redisClient,
	}
}

func (this *RedisDistLock) Lock() {
	for !this.TryLock() {
		time.Sleep(100 * time.Millisecond)
	}
}

func (this *RedisDistLock) TryLock() bool {
	if this.id != "" {
		// 处于加锁中
		return false
	}
	this.m.Lock()
	defer this.m.Unlock()
	if this.id != "" {
		// 处于加锁中
		return false
	}
	ctx := context.Background()
	id := uuid.New().String()
	reply := this.redisClient.SetNX(ctx, RS_DISTLOCK_NS+this.lockName, id, LockTime)
	if reply.Err() == nil && reply.Val() {
		this.id = id
		return true
	}

	return false
}

func (this *RedisDistLock) Unlock() {
	if this.id == "" {
		// 未加锁
		panic("解锁失败，因为未加锁")
	}
	this.m.Lock()
	defer this.m.Unlock()
	if this.id == "" {
		// 未加锁
		panic("解锁失败，因为未加锁")
	}
	ctx := context.Background()
	reply := this.redisClient.Eval(ctx, RELEASE_LOCK_LUA, []string{RS_DISTLOCK_NS + this.lockName}, this.id)
	if reply.Err() != nil {
		panic("释放锁失败！")
	} else {
		this.id = ""
	}
}

func main() {

	client := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr: "172.16.11.111:64495",
	})
	const LOCKNAME = "百家号：福大大架构师每日一题"

	lock := NewRedisDistLock(client, LOCKNAME)

	lock.Lock()
	fmt.Println("加锁main")
	ch := make(chan struct{})
	go func() {
		lock := NewRedisDistLock(client, LOCKNAME)
		lock.Lock()
		fmt.Println("加锁go程")
		lock.Unlock()
		fmt.Println("解锁go程")
		ch <- struct{}{}
	}()
	time.Sleep(time.Second * 2)
	lock.Unlock()
	fmt.Println("解锁main")
	<-ch
}

在这里插入图片描述

锁过期时间不好评估怎么办？

image.png

看上面这张图，加入key的失效时间是10s，但是客户端C在拿到分布式锁之后，然后业务逻辑执行超过10s，那么问题来了，在客户端C释放锁之前，其实这把锁已经失效了，那么客户端A和客户端B都可以去拿锁，这样就已经失去了分布式锁的功能了！！！

比较简单的妥协方案是，尽量「冗余」过期时间，降低锁提前过期的概率，但是这个并不能完美解决问题，那怎么办呢？

分布式锁加入看门狗

在加锁过程中，可以设置一个过期时间，并启动一个守护线程（也称为「看门狗」线程），定时检测锁的剩余有效时间。如果锁即将过期，但共享资源操作尚未完成，守护线程可以自动对锁进行续期，重新设置过期时间。

为什么要使用守护线程：

image.png

go中的红锁

package main

import (
	"fmt"
	"time"

	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"github.com/go-redsync/redsync/v4"
	"github.com/go-redsync/redsync/v4/redis/goredis/v8"
)

func main() {
	client := redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr:     "172.16.11.111:64495",
		Password: "", // 如果有密码，请提供密码
		DB:       0,  // 如果使用不同的数据库，请修改为准确的数据库编号
	})

	pool := goredis.NewPool(client)

	const LOCKNAME = "百家号：福大大架构师每日一题"

	redsync := redsync.New(pool)

	mutex := redsync.NewMutex(LOCKNAME)

	if err := mutex.Lock(); err != nil {
		fmt.Println("加锁失败:", err)
		return
	}

	fmt.Println("加锁main")

	ch := make(chan struct{})

	go func() {
		mutex := redsync.NewMutex(LOCKNAME)

		if err := mutex.Lock(); err != nil {
			fmt.Println("加锁失败:", err)
			return
		}

		fmt.Println("加锁go程")
		mutex.Unlock()
		fmt.Println("解锁go程")

		ch <- struct{}{}
	}()

	time.Sleep(time.Second * 2)
	mutex.Unlock()
	fmt.Println("解锁main")

	<-ch
}

在这里插入图片描述

posted @ 2023-06-19 18:25  福大大架构师每日一题  阅读(43)  评论(0)  编辑  收藏  举报