第十五节：Redis分布式锁剖析和几种客户端的实现
一. Redis分布式锁剖析
1. 背景
在传统的单体项目中，即部署到单个IIS上，针对并发问题，比如进销存中的出库和入库问题，多个人同时操作，属于一个IIS进程中多个线程并发操作的问题，这个时候可以引入线程锁lock/Monitor等，轻松解决这类问题。但是随着业务量的逐渐增大，比如"秒杀业务", 肯定是集群部署，这个时候线程锁已经没用了, 必须引入分布式锁。
常见的分布式锁有：数据库、zookeeper、redis. 本节重点介绍redis的分布式锁.
如下图：
参考：https://segmentfault.com/a/1190000018106844
https://www.cnblogs.com/runningsmallguo/p/10322315.html
2. 分布式锁需要满足的条件
(1).在分布式系统环境下，一个锁在同一时间只能被一个服务器获取；（这是所有分布式锁的基础）
(2).高性能的获取锁和释放锁；（锁用完了，要及时释放，以供别人继续使用）
(3).具备锁失效机制，防止死锁；（防止因为某些意外，锁没有得到释放，那别人将永远无法使用）
(4).具备非阻塞锁特性，即没有获取到锁将直接返回获取锁失败。（满足等待锁的同时，也要满足非阻塞锁特性，便于多样性的业务场景使用）
3. 分布式锁种类/原理
(1).阻塞锁
尝试在redis中创建一个字符串结构缓存，方法传入key和过期时间(AcquireLock), 其中key对应的value为锁的过期时间timeout的时间戳。
若redis中没有这个key，则创建成功（即抢到锁），然后立即返回；若已经有这个key，则先watch，然后校验value中的时间戳是否已经超过当前时间。
若已超过，则尝试使用提交事务的方式覆盖新的时间戳，事务提交成功（即抢到锁),然后立即返回；若未超过当前时间或事务提交失败（即被别人抢到锁），则进入一个内部优化过的微循环，不断重试。
传入的timeout还有一个作用，就是控制重试时间，重试超时后则抛异常，using完成方法调用或者显式调用dispose，都会直接清除key。
总结：
timeout有两个意思：一是如果成功加锁后锁的过期时间, 二是未成功加锁后阻塞等待的时间。数据锁服务通过检查value中时间戳来判断是否过期，并不是利用redis在key上设置expire time来通过key的过期实现的。
(2).非阻塞锁
尝试在redis中创建一个字符串结构缓存项,方法传入key、value、timeout（Add），其中value无实际意义，过期时间为传入的timeout。
若redis中没有这个key,则创建成功（即抢到锁）,然后立即返回true.若已经有这个key，则立即返回false。以上过程为全局单线程原子操作，整个过程为独占式操作。IsLock可以检测key是否存在。
注意：
timeout即成功加锁后锁的过期时间，利用redis在key上设置expire time来通过key的过期实现。不要先用IsLock判断是否有锁再用Add加锁，因为这两个操作非原子性操作，期间会被其他操作干扰。
(3).底层实现主要用到以下几个指令
A.setnx
setnx key val：当且仅当key不存在时，set一个key为val的字符串，返回1；若key存在，则什么都不做，返回0
B.expire
expire key timeout：为key设置一个超时时间，单位为second，超过这个时间锁会自动释放，避免死锁
C.delete
delete key：删除key
二. 案例模拟实现
1.场景模拟分析
模拟多个用户进行秒杀业务，扣减库存→创建订单。 （PS：这里只是为了演示分布式锁而已,实际场景可以利用redis自减Api原子性实现扣减库存，从而干掉锁的问题）
总结：真正的秒杀是不会用分布式锁的, 因为用锁会存在等待的问题,会产生大量无响应的情况, 实际情况下可以利用Lua脚本结合redis原子性的特点，编写秒杀业务。详见：https://www.cnblogs.com/yaopengfei/p/13749772.html
下面分享3个不同的程序集实现分布式锁的业务.
2. ServiceStack.Redis
(1).阻塞锁
代码分享
/// <summary> /// 阻塞锁 /// </summary> public class BlockingLock { public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout) { using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456"); using (var myLock = client.AcquireLock(key, timeout)) //获取锁 （此处阻塞，其它线程等待） { var goodNum = client.Get<int>("goodNum"); if (goodNum > 0) { client.Set<int>("goodNum", goodNum - 1); //扣减库存 var orderNum = client.Incr("orderNum"); Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}"); } else { Console.WriteLine($"商品已经卖光了"); } } } }
调用
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间："); int minute = int.Parse(Console.ReadLine()); using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456"); //商品数量(设置为10) client.Set<int>("goodNum", 10); //订单数(默认为0) client.Set<int>("orderNum", 0); //开启30个线程去抢购 Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！"); var flag = true; while (flag) { if (DateTime.Now.Minute == minute) //if (true) { flag = false; Parallel.For(0, 30, (i) => { int temp = i; Task.Run(() => { BlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100)); //阻塞锁 //NoBlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100)); //非阻塞锁 }); }); } } Console.ReadKey(); }
copy两套程序同时运行
(2).非阻塞锁
代码分享：
/// <summary> /// 非阻塞锁 /// </summary> public class NoBlockingLock { public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout) { using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456"); bool isLocked = client.Add<string>(key, "xxxx", timeout); if (isLocked) { try { var goodNum = client.Get<int>("goodNum"); if (goodNum > 0) { client.Set<int>("goodNum", goodNum - 1); //扣减库存 var orderNum = client.Incr("orderNum"); //订单数量自增1 Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}"); } else { Console.WriteLine($"{i}商品已经卖光了"); } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"{i}报错了{ex.Message}"); } finally { client.Remove(key); } } else { Console.WriteLine($"{i}抢购失败：原因：没有拿到锁"); } } }
调用
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间："); int minute = int.Parse(Console.ReadLine()); using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456"); //商品数量(设置为10) client.Set<int>("goodNum", 10); //订单数(默认为0) client.Set<int>("orderNum", 0); //开启30个线程去抢购 Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！"); var flag = true; while (flag) { if (DateTime.Now.Minute == minute) //if (true) { flag = false; Parallel.For(0, 30, (i) => { int temp = i; Task.Run(() => { //BlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100)); //阻塞锁 NoBlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100)); //非阻塞锁 }); }); } } Console.ReadKey(); }
copy两套程序同时运行
3. StackExchange.Redis
代码分享
public class MyLock1 { public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout) { RedisHelp redis = new RedisHelp("119.45.174.249:6379,password=123456"); var client = redis.GetDatabase(); bool isLocked = client.LockTake(key, Environment.MachineName, timeout); //timeout秒后自动释放 if (isLocked) { try { var goodNum = int.Parse(client.StringGet("goodNum")); if (goodNum > 0) { client.StringSet("goodNum", goodNum - 1); //扣减库存 var orderNum = client.StringIncrement("orderNum"); //订单数量自增1 Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}"); } else { Console.WriteLine($"{i}商品已经卖光了"); } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"{i}报错了{ex.Message}"); } finally { client.LockRelease(key, Environment.MachineName); } } else { Console.WriteLine($"{i}抢购失败：原因：没有拿到锁"); } } }
调用：
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间："); int minute = int.Parse(Console.ReadLine()); RedisHelp redis = new RedisHelp("119.45.174.249:6379,password=123456"); var client = redis.GetDatabase(); //商品数量(设置为10) client.StringSet("goodNum", 10); //订单数(默认为0) client.StringSet("orderNum", 0); //开启30个线程去抢购 Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！"); var flag = true; while (flag) { if (DateTime.Now.Minute == minute) //if (true) { flag = false; Parallel.For(0, 30, (i) => { int temp = i; Task.Run(() => { MyLock1.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(2)); }); }); } } Console.ReadKey(); }
4. CSRedisCore
代码分享
public class MyLock1 { public static void Show(int i, string key, int timeout) { RedisHelper.Initialization(new CSRedis.CSRedisClient("119.45.174.249:6379,password=123456,defaultDatabase=0")); var isLocked = RedisHelper.Lock(key, timeout, true); //timeout秒后自动释放 if (isLocked != null) //获取超时则返回null { try { var goodNum = int.Parse(RedisHelper.Get("goodNum")); if (goodNum > 0) { RedisHelper.Set("goodNum", goodNum - 1); //扣减库存 var orderNum = RedisHelper.IncrBy("orderNum"); //订单数量自增1 Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}"); } else { Console.WriteLine($"商品已经卖光了"); } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"报错了{ex.Message}"); } finally { RedisHelper.Del(key); //上面可以自动删除，还需要手动删除吗？ } } else { Console.WriteLine($"{i}抢购失败：原因：没有拿到锁"); } } }
调用
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间："); int minute = int.Parse(Console.ReadLine()); var client = new CSRedis.CSRedisClient("119.45.174.249:6379,password=123456,defaultDatabase=0"); //商品数量(设置为10) client.Set("goodNum", 10); //订单数(默认为0) client.Set("orderNum", 0); //开启30个线程去抢购 Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！"); var flag = true; while (flag) { if (DateTime.Now.Minute == minute) //if (true) { flag = false; Parallel.For(0, 30, (i) => { int temp = i; Task.Run(() => { MyLock1.Show(i, "akey", 2); }); }); } } Console.ReadKey(); }
5. RedLock分布式锁
使用程序集【RedLock.net】，内部还是基于【StackExchange.Redis】来实现的。
(GitHub:https://github.com/samcook/RedLock.net)
{
var existingConnectionMultiplexer1 = ConnectionMultiplexer.Connect("47.101.216.xx:6379,password=xxx");
var multiplexers = new List<RedLockMultiplexer> { existingConnectionMultiplexer1, };
var redlockFactory = RedLockFactory.Create(multiplexers);
var lockKey = "ypf1234567";
var expiry = TimeSpan.FromSeconds(30);
using var redLock = await redlockFactory.CreateLockAsync(lockKey, expiry); // there are also non async Create() methods
if (redLock.IsAcquired)
{
//表示获取到锁了, 下面写需要锁定的业务
Console.WriteLine("表示获取到锁了, 下面写需要锁定的业务");
}
else
{
//获取锁失败
Console.WriteLine("获取锁失败");
}
Console.ReadKey();
}
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