04_Redisson分布式锁

红锁算法

redis集群状态下的问题：

客户端A从master获取到锁
在master将锁同步到slave之前，master宕掉了。
slave节点被晋级为master节点
客户端B取得了同一个资源被客户端A已经获取到的另外一个锁。

安全失效！

解决集群下锁失效，参照redis官方网站针对redlock文档：https://redis.io/topics/distlock

在算法的分布式版本中，我们假设有N个Redis服务器。这些节点是完全独立的，因此我们不使用复制或任何其他隐式协调系统。前几节已经描述了如何在单个实例中安全地获取和释放锁，在分布式锁算法中，将使用相同的方法在单个实例中获取和释放锁。将N设置为5是一个合理的值，因此需要在不同的计算机或虚拟机上运行5个Redis主服务器，确保它们以独立的方式发生故障。

为了获取锁，客户端执行以下操作：

客户端以毫秒为单位获取当前时间的时间戳，作为起始时间。
客户端尝试在所有N个实例中顺序使用相同的键名、相同的随机值来获取锁定。每个实例尝试获取锁都需要时间，客户端应该设置一个远小于总锁定时间的超时时间。例如，如果自动释放时间为10秒，则尝试获取锁的超时时间可能在5到50毫秒之间。这样可以防止客户端长时间与处于故障状态的Redis节点进行通信：如果某个实例不可用，尽快尝试与下一个实例进行通信。
客户端获取当前时间减去在步骤1中获得的起始时间，来计算获取锁所花费的时间。当且仅当客户端能够在大多数实例（至少3个）中获取锁时，并且获取锁所花费的总时间小于锁有效时间，则认为已获取锁。
如果获取了锁，则将锁有效时间减去 获取锁所花费的时间，如步骤3中所计算。
如果客户端由于某种原因（无法锁定N / 2 + 1个实例或有效时间为负）而未能获得该锁，它将尝试解锁所有实例（即使没有锁定成功的实例）。

每台计算机都有一个本地时钟，我们通常可以依靠不同的计算机来产生很小的时钟漂移。只有在拥有锁的客户端将在锁有效时间内（如步骤3中获得的）减去一段时间（仅几毫秒）的情况下终止工作，才能保证这一点。以补偿进程之间的时钟漂移

当客户端无法获取锁时，它应该在随机延迟后重试，以避免同时获取同一资源的多个客户端之间不同步（这可能会导致脑裂的情况：没人胜）。同样，客户端在大多数Redis实例中尝试获取锁的速度越快，出现裂脑情况（以及需要重试）的窗口就越小，因此理想情况下，客户端应尝试将SET命令发送到N个实例同时使用多路复用。

值得强调的是，对于未能获得大多数锁的客户端，尽快释放（部分）获得的锁有多么重要，这样就不必等待锁定期满才能再次获得锁（但是，如果发生了网络分区，并且客户端不再能够与Redis实例进行通信，则在等待密钥到期时需要付出可用性损失）。

redisson中的分布式锁

Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格（In-Memory Data Grid）。它不仅提供了一系列的分布式的Java常用对象，还提供了许多分布式服务。其中包括(BitSet, Set, Multimap, SortedSet, Map, List, Queue, BlockingQueue, Deque, BlockingDeque, Semaphore, Lock, AtomicLong, CountDownLatch, Publish / Subscribe, Bloom filter, Remote service, Spring cache, Executor service, Live Object service, Scheduler service) Redisson提供了使用Redis的最简单和最便捷的方法。Redisson的宗旨是促进使用者对Redis的关注分离（Separation of Concern），从而让使用者能够将精力更集中地放在处理业务逻辑上。

官方文档地址：https://github.com/redisson/redisson/wiki

可重入锁（Reentrant Lock）

基于Redis的Redisson分布式可重入锁RLock Java对象实现了java.util.concurrent.locks.Lock接口。

大家都知道，如果负责储存这个分布式锁的Redisson节点宕机以后，而且这个锁正好处于锁住的状态时，这个锁会出现锁死的状态。为了避免这种情况的发生，Redisson内部提供了一个监控锁的看门狗，它的作用是在Redisson实例被关闭前，不断的延长锁的有效期。默认情况下，看门狗检查锁的超时时间是30秒钟，也可以通过修改Config.lockWatchdogTimeout来另行指定。

RLock对象完全符合Java的Lock规范。也就是说只有拥有锁的进程才能解锁，其他进程解锁则会抛出IllegalMonitorStateException错误。

另外Redisson还通过加锁的方法提供了leaseTime的参数来指定加锁的时间。超过这个时间后锁便自动解开了。

RLock lock = redisson.getLock("anyLock");
// 最常见的使用方法
lock.lock();

// 加锁以后10秒钟自动解锁
// 无需调用unlock方法手动解锁
lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);

// 尝试加锁，最多等待100秒，上锁以后10秒自动解锁
boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
if (res) {
   try {
     ...
   } finally {
       lock.unlock();
   }
}

引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.11.2</version>
</dependency>

添加配置

@Configuration
public class RedissonConfig {

    @Bean
    public RedissonClient redissonClient(){
        Config config = new Config();
        // 可以用"rediss://"来启用SSL连接
        config.useSingleServer().setAddress("redis://172.16.116.100:6379");
        return Redisson.create(config);
    }
}

代码中使用

@Autowired
private RedissonClient redissonClient;

public void checkAndLock() {
    // 加锁，获取锁失败重试
    RLock lock = this.redissonClient.getLock("lock");
    lock.lock();

    // 先查询库存是否充足
    Stock stock = this.stockMapper.selectById(1L);
    // 再减库存
    if (stock != null && stock.getCount() > 0){
        stock.setCount(stock.getCount() - 1);
        this.stockMapper.updateById(stock);
    }

    // 释放锁
    lock.unlock();
}

使用jemeter进行压力测试:

性能非常的不错，库存扣减情况正常。

看门狗程序的自动续期也正常：

TimeUnit.SECONDS.sleep(100);

公平锁（Fair Lock）

基于Redis的Redisson分布式可重入公平锁也是实现了java.util.concurrent.locks.Lock接口的一种RLock对象。同时还提供了异步（Async）、反射式（Reactive）和RxJava2标准的接口。它保证了当多个Redisson客户端线程同时请求加锁时，优先分配给先发出请求的线程。所有请求线程会在一个队列中排队，当某个线程出现宕机时，Redisson会等待5秒后继续下一个线程，也就是说如果前面有5个线程都处于等待状态，那么后面的线程会等待至少25秒。

RLock fairLock = redisson.getFairLock("anyLock");
// 最常见的使用方法
fairLock.lock();

// 10秒钟以后自动解锁
// 无需调用unlock方法手动解锁
fairLock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);

// 尝试加锁，最多等待100秒，上锁以后10秒自动解锁
boolean res = fairLock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
fairLock.unlock();

公平锁测试：

    @GetMapping("/fair/Lock/Test/{id}")
    public String fairLockTest(@PathVariable(name = "id") Integer id) {
        this.stockService.fairLockTest(id);
        return "fairLockTest!";
    }

service层：

    public void fairLockTest(Integer id) {
        RLock fairLock = redissonClient.getFairLock("fairLock");
        fairLock.lock();
        System.out.println("===公平锁===id=>" + id);
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        fairLock.unlock();
    }

测试结果：按照访问顺序获取锁

原理：在redis中增加了一个queue来记录访问顺序。

换成普通锁进行测试：

    public void fairLockTest(Integer id) {
        RLock fairLock = redissonClient.getLock("fairLock");
        fairLock.lock();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
            System.out.println("===公平锁===id=>" + id);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        fairLock.unlock();
    }

测试结果，并不会按照访问顺序获取锁：

联锁（MultiLock）

基于Redis的Redisson分布式联锁RedissonMultiLock对象可以将多个RLock对象关联为一个联锁，每个RLock对象实例可以来自于不同的Redisson实例。

RLock lock1 = redissonInstance1.getLock("lock1");
RLock lock2 = redissonInstance2.getLock("lock2");
RLock lock3 = redissonInstance3.getLock("lock3");

RedissonMultiLock lock = new RedissonMultiLock(lock1, lock2, lock3);
// 同时加锁：lock1 lock2 lock3
// 所有的锁都上锁成功才算成功。
lock.lock();
...
lock.unlock();

单点故障隐患，不推荐使用。

红锁（RedLock）

基于Redis的Redisson红锁RedissonRedLock对象实现了Redlock介绍的加锁算法。该对象也可以用来将多个RLock对象关联为一个红锁，每个RLock对象实例可以来自于不同的Redisson实例。

RLock lock1 = redissonInstance1.getLock("lock1");
RLock lock2 = redissonInstance2.getLock("lock2");
RLock lock3 = redissonInstance3.getLock("lock3");

RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
// 同时加锁：lock1 lock2 lock3
// 红锁在大部分节点上加锁成功就算成功。
lock.lock();
...
lock.unlock();

读写锁（ReadWriteLock）

基于Redis的Redisson分布式可重入读写锁RReadWriteLock Java对象实现了java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock接口。其中读锁和写锁都继承了RLock接口。

分布式可重入读写锁允许同时有多个读锁和一个写锁处于加锁状态。

RReadWriteLock rwlock = redisson.getReadWriteLock("anyRWLock");
// 最常见的使用方法
rwlock.readLock().lock();
// 或
rwlock.writeLock().lock();

// 10秒钟以后自动解锁
// 无需调用unlock方法手动解锁
rwlock.readLock().lock(10, TimeUnit.SECONDS);
// 或
rwlock.writeLock().lock(10, TimeUnit.SECONDS);

// 尝试加锁，最多等待100秒，上锁以后10秒自动解锁
boolean res = rwlock.readLock().tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
// 或
boolean res = rwlock.writeLock().tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
...
lock.unlock();

添加StockService方法：

public String testRead() {
        RReadWriteLock rwLock = this.redissonClient.getReadWriteLock("rwLock");
        rwLock.readLock().lock(10, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("测试读锁。。。。");
        // rwLock.readLock().unlock();
        return "测试读锁";
    }

    public String testWrite() {
        RReadWriteLock rwLock = this.redissonClient.getReadWriteLock("rwLock");
        rwLock.writeLock().lock(10, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("测试写锁。。。。");
        // rwLock.writeLock().unlock();
        return "测试写锁";
    }

打开开两个浏览器窗口测试：

http://127.0.0.1:10010/test/read

http://127.0.0.1:10010/test/write

同时访问写：一个写完之后，等待一会儿（约10s），另一个写开始
同时访问读：不用等待
先写后读：读要等待（约10s）写完成
先读后写：写要等待（约10s）读完成

信号量（Semaphore）

基于Redis的Redisson的分布式信号量（Semaphore）Java对象RSemaphore采用了与java.util.concurrent.Semaphore相似的接口和用法。同时还提供了异步（Async）、反射式（Reactive）和RxJava2标准的接口。

RSemaphore semaphore = redisson.getSemaphore("semaphore");
semaphore.trySetPermits(3);
semaphore.acquire();
semaphore.release();

在StockController添加方法：

@GetMapping("test/semaphore")
public String testSemaphore(){
    this.stockService.testSemaphore();

    return "测试信号量";
}

在StockService添加方法：

public void testSemaphore() {
        RSemaphore semaphore = this.redissonClient.getSemaphore("semaphore");
        semaphore.trySetPermits(3);
        try {
            semaphore.acquire();
            System.out.println("---获取资源---"+Thread.currentThread().getName());
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            System.out.println(System.currentTimeMillis());
            System.out.println("---释放资源---"+Thread.currentThread().getName());
            semaphore.release();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

测试结果，初始化可以获取三个资源之后必须释放一个才能获取一个：

闭锁（CountDownLatch）

基于Redisson的Redisson分布式闭锁（CountDownLatch）Java对象RCountDownLatch采用了与java.util.concurrent.CountDownLatch相似的接口和用法。

RCountDownLatch latch = redisson.getCountDownLatch("anyCountDownLatch");
latch.trySetCount(1);
latch.await();

// 在其他线程或其他JVM里
RCountDownLatch latch = redisson.getCountDownLatch("anyCountDownLatch");
latch.countDown();

需要两个方法：一个等待，一个计数countDown

给StockController添加测试方法：

@GetMapping("test/latch")
public String testLatch(){
    this.stockService.testLatch();

    return "班长锁门。。。";
}

@GetMapping("test/countdown")
public String testCountDown(){
    this.stockService.testCountDown();

    return "出来了一位同学";
}

给StockService添加测试方法：

public void testLatch() {
    RCountDownLatch latch = this.redissonClient.getCountDownLatch("latch");
    latch.trySetCount(6);

    try {
        latch.await();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

public void testCountDown() {
    RCountDownLatch latch = this.redissonClient.getCountDownLatch("latch");
    latch.trySetCount(6);

    latch.countDown();
}

重启测试，打开两个页面：当第二个请求执行6次之后，第一个请求才会执行。

posted @ 2023-06-13 23:35 1640808365 阅读(22) 评论(0) 编辑收藏举报

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