单机和集群下的分布式锁

Redis分布式锁实现

我们通常使用的synchronized或者Lock都是线程锁，对同一个JVM进程内的多个线程有效。因为锁的本质 是内存中存放一个标记，记录获取锁的线程是谁，这个标记对每个线程都可见。然而我们启动的多个订单服务，就是多个JVM，内存中的锁显然是不共享的，每个JVM进程都有自己的 锁，自然无法保证线程的互斥了，这个时候我们就需要使用到分布式锁了。常用的有三种解决方案:1.基于数据库实现 2.基于zookeeper的临时序列化节点实现 3.redis实现。本文我们介绍的就是redis的实现方式。

实现分布式锁要满足3点：多进程可见，互斥，可重入。

1） 多进程可见

　redis本身就是基于JVM之外的，因此满足多进程可见的要求。

2） 互斥

　即同一时间只能有一个进程获取锁标记，我们可以通过redis的setnx实现，只有第一次执行的才会成功并返回1，其它情况返回0。

​ setnx（set not exist）若不存在则设置，存在则不做操作。此命令为原子操作，避免在set操作完成后没设置超时时间就崩溃，所以要使用原子操作。

1.单机Redis的分布式锁实现

1.1 实现原理

（1）setnx key value：如果有这把锁，则不修改，此时返回0，若没有，则设为key,value，此时返回1。在为1的时候才可以继续向下执行

（2）expire：设置过期时间，以防系统业务中断造成锁永远停留在redis里造成死锁

（3）delete：执行完毕后删除

1.2 思考：

问：当锁的超时时间为10s，但是业务执行15s，此时锁已经过期

答：在设置锁之后，立即开启另一个线程（watchdog 看门狗，可以通过装饰器实现），每隔超时时间的1/3秒就给锁把超时时间续上

问：锁在程序没运行完过期，锁被其他线程夺取，然后其他线程上锁，第一个程序运行到最后又把锁删掉，以此类推（锁永久失效的问题）（比如没有看门狗机制或者看门狗机制崩溃）

答：先生成uuid，放入锁里，之后取的时候，如果value == uuid才能删除（要么你就过期，要么就只能删除和自己手上的uuid匹配的）

2.集群Redis的分布式锁实现

RedLock

​ 为什么要使用redlock，在redlock算法中要给一半以上的客户端加锁才算加锁成功。

有什么好处呢，如果给一半以上的结点加锁后，若当中有一个节点挂掉了，其他客户端也不能给一半以上的结点加锁了，这样就不能获取锁，这样就比单机可用性高。

2.1 RedLock实现原理

​ （1）获取当前时间的毫秒数T1。

​ （2）按顺序依次向N个Redis节点执行获取锁的操作。这个获取锁的操作和上一篇中基于单Redis节点获取锁的过程相同。包括唯一UUID作为Value以及锁的过期时间(expireTime)。为了保证在某个在某个Redis节点不可用的时候算法能够继续运行，这个获取锁的操作还需要一个超时时间。它应该远小于锁的过期时间。客户端向某个Redis节点获取锁失败后，应立即尝试下一个Redis节点。这里失败包括Redis节点不可用或者该Redis节点上的锁已经被其他客户端持有。

​ （3）计算整个获取锁过程的总耗时。即当前时间减去第一步记录的时间。计算公司为T2=now()- T1。如果客户端从大多数Redis节点(>N/2 +1)成功获取到锁。并且获取锁总共消耗的时间小于锁的过期时间（即T2<expireTime）。则认为客户端获取锁成功，否则，认为获取锁失败

​ （4）如果获取锁成功，需要重新计算锁的过期时间。它等于最初锁的有效时间减去第三步计算出来获取锁消耗的时间，即expireTime - T2

​ （5）如果最终获取锁失败，那么客户端立即向所有Redis节点发起释放锁的操作。（单机下释放锁的逻辑一样）

2.2 思考

问：如果redis主从架构，主节点加完锁后还没同步到从节点之前就挂了，那么选举的从节点没有该锁

答：虽然说RedLock算法可以解决单点Redis分布式锁的安全性问题，但如果集群中有节点发生崩溃重启，还是会锁的安全性有影响的。具体出现问题的场景如下：

假设一共有5个Redis节点：A, B, C, D, E。设想发生了如下的事件序列：

# 客户端1成功锁住了A, B, C，获取锁成功（但D和E没有锁住）
# 节点C崩溃重启了，但客户端1在C上加的锁没有持久化下来，丢失了
# 节点C重启后，客户端2锁住了C, D, E，获取锁成功

这样，客户端1和客户端2同时获得了锁（针对同一资源）。针对这样场景，解决方式也很简单，也就是让Redis崩溃后延迟重启，并且这个延迟时间大于锁的过期时间就好。这样等节点重启后，所有节点上的锁都已经失效了。（C挂掉后延迟重启，延迟时间大于锁的过期时间，释放锁后客户端重新竞争ABDE，C重新上线后为闲置状态，同时加入客户端的竞争中）

问：集群模式下，redlock算法，如果两个客户端，都在争取一半以上的锁资源，造成竞争循环，怎么办

答：设置竞争超时次数和重新竞争的频率（不同的频率）