Redisson分布式锁

　　实现Redis的分布式锁，除了自己基于redis client原生api来实现之外，还可以使用开源框架：Redission，Redisson是一个企业级的开源Redis Client，也提供了分布式锁的支持。

一、Redisson原理分析

　（1）加锁机制　　

　　线程去获取锁，获取成功: 执行lua脚本，保存数据到redis数据库。

　　线程去获取锁，获取失败: 一直通过while循环尝试获取锁，获取成功后，执行lua脚本，保存数据到redis数据库。

　　如果该客户端面对的是一个redis cluster集群，他首先会根据hash节点选择一台机器,发送一段lua脚本到redis上.

　　lua脚本

　　Redisson源码中，执行redis命令的是lua脚本，其中主要用到如下几个概念。

- redis.call() 是执行redis命令.
- KEYS[1] 是指脚本中第1个参数
- ARGV[1] 是指脚本中第一个参数的值
- 返回值中nil与false同一个意思。

需要注意的是，在redis执行lua脚本时，相当于一个redis级别的锁，不能执行其他操作，类似于原子操作，也是redisson实现的一个关键点。

另外，如果lua脚本执行过程中出现了异常或者redis服务器直接宕掉了，执行redis的根据日志回复的命令，会将脚本中已经执行的命令在日志中删除。

（2）锁互斥机制

　　如果客户端2来尝试加锁，执行了同样的一段lua脚本，会咋样呢？很简单，第一个if判断会执行“exists myLock”，发现myLock这个锁key已经存在了。接着第二个if判断，判断一下，myLock锁key的hash数据结构中，是否包含客户端2的ID，但是明显不是的，因为那里包含的是客户端1的ID。

　　所以，客户端2会获取到pttl myLock返回的一个数字，这个数字代表了myLock这个锁key的**剩余生存时间。**比如还剩15000毫秒的生存时间。此时客户端2会进入一个while循环，不停的尝试加锁。

（3）watch dog自动延期机制

　　在一个分布式环境下，假如一个线程获得锁后，突然服务器宕机了，那么这个时候在一定时间后这个锁会自动释放，你也可以设置锁的有效时间(不设置默认30秒），这样的目的主要是防止死锁的发生。

　　只要客户端1一旦加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，他是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果客户端1还持有锁key，那么就会不断的延长锁key的生存时间。

（4）可重入加锁机制

Redisson可以实现可重入加锁机制的原因，我觉得跟两点有关：

1、Redis存储锁的数据类型是 Hash类型
2、Hash数据类型的key值包含了当前线程信息。

下面是redis存储的数据

这里表面数据类型是Hash类型,Hash类型相当于我们java的 <key,<key1,value>> 类型,这里key是指 'redisson'

它的有效期还有9秒，我们再来看里们的key1值为078e44a3-5f95-4e24-b6aa-80684655a15a:45它的组成是:

guid + 当前线程的ID。后面的value是就和可重入加锁有关。

（5）锁释放机制　　

如果执行lock.unlock()，就可以释放分布式锁，就是每次都对myLock数据结构中的那个加锁次数减1。如果发现加锁次数是0了，说明这个客户端已经不再持有锁了，此时就会用：“del myLock”命令，从redis里删除这个key。然后呢，另外的客户端2就可以尝试完成加锁了。这就是所谓的分布式锁的开源Redisson框架的实现机制。

一般我们在生产系统中，可以用Redisson框架提供的这个类库来基于redis进行分布式锁的加锁与释放锁。

　　Redis分布式锁的缺点

　　redis cluster，或者是redis master-slave架构的主从异步复制导致的redis分布式锁的最大缺陷：在redis master实例宕机的时候，可能导致多个客户端同时完成加锁。导致各种脏数据的产生。

二、基于redission的分布式锁实现

　　在分布式环境中，很多场景，如：秒杀、ID生成… 都需要分布式锁。分布式锁的实现，可以基于redis的setnx，zk的临时节点，redission框架　　

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.2.3</version>
</dependency>

　　　工具类RedissionUtils

public class RedissionUtils {
	private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedissionUtils.class);
 
	private static RedissionUtils redisUtils;
 
	private RedissionUtils() {
	}
 
	/**
	 * 提供单例模式
	 * 
	 * @return
	 */
	public static RedissionUtils getInstance() {
		if (redisUtils == null)
			synchronized (RedisUtils.class) {
				if (redisUtils == null)
					redisUtils = new RedissionUtils();
			}
		return redisUtils;
	}
 
	/**
	 * 使用config创建Redisson Redisson是用于连接Redis Server的基础类
	 * 
	 * @param config
	 * @return
	 */
	public RedissonClient getRedisson(Config config) {
		RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
		logger.info("成功连接Redis Server");
		return redisson;
	}
 
	/**
	 * 使用ip地址和端口创建Redisson
	 * 
	 * @param ip
	 * @param port
	 * @return
	 */
	public RedissonClient getRedisson(String ip, String port) {
		Config config = new Config();
		config.useSingleServer().setAddress(ip + ":" + port);
		RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
		logger.info("成功连接Redis Server" + "\t" + "连接" + ip + ":" + port + "服务器");
		return redisson;
	}
 
	/**
	 * 关闭Redisson客户端连接
	 * 
	 * @param redisson
	 */
	public void closeRedisson(RedissonClient redisson) {
		redisson.shutdown();
		logger.info("成功关闭Redis Client连接");
	}
 
	/**
	 * 获取字符串对象
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <T> RBucket<T> getRBucket(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RBucket<T> bucket = redisson.getBucket(objectName);
		return bucket;
	}
 
	/**
	 * 获取Map对象
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <K, V> RMap<K, V> getRMap(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RMap<K, V> map = redisson.getMap(objectName);
		return map;
	}
 
	/**
	 * 获取有序集合
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <V> RSortedSet<V> getRSortedSet(RedissonClient redisson,
			String objectName) {
		RSortedSet<V> sortedSet = redisson.getSortedSet(objectName);
		return sortedSet;
	}
 
	/**
	 * 获取集合
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <V> RSet<V> getRSet(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RSet<V> rSet = redisson.getSet(objectName);
		return rSet;
	}
 
	/**
	 * 获取列表
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <V> RList<V> getRList(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RList<V> rList = redisson.getList(objectName);
		return rList;
	}
 
	/**
	 * 获取队列
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <V> RQueue<V> getRQueue(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RQueue<V> rQueue = redisson.getQueue(objectName);
		return rQueue;
	}
 
	/**
	 * 获取双端队列
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <V> RDeque<V> getRDeque(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RDeque<V> rDeque = redisson.getDeque(objectName);
		return rDeque;
	}
 
	/**
	 * 此方法不可用在Redisson 1.2 中 在1.2.2版本中 可用
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	/**
	 * public <V> RBlockingQueue<V> getRBlockingQueue(RedissonClient
	 * redisson,String objectName){ RBlockingQueue
	 * rb=redisson.getBlockingQueue(objectName); return rb; }
	 */
 
	/**
	 * 获取锁
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public RLock getRLock(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RLock rLock = redisson.getLock(objectName);
		return rLock;
	}
 
	/**
	 * 获取原子数
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public RAtomicLong getRAtomicLong(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RAtomicLong rAtomicLong = redisson.getAtomicLong(objectName);
		return rAtomicLong;
	}
 
	/**
	 * 获取记数锁
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public RCountDownLatch getRCountDownLatch(RedissonClient redisson,
			String objectName) {
		RCountDownLatch rCountDownLatch = redisson
				.getCountDownLatch(objectName);
		return rCountDownLatch;
	}
 
	/**
	 * 获取消息的Topic
	 * 
	 * @param redisson
	 * @param objectName
	 * @return
	 */
	public <M> RTopic<M> getRTopic(RedissonClient redisson, String objectName) {
		RTopic<M> rTopic = redisson.getTopic(objectName);
		return rTopic;
	}
 
}

redission连接模式

//单机
RedissonClient redisson = Redisson.create();
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("myredisserver:6379");
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
 
 
//主从
Config config = new Config();
config.useMasterSlaveServers()
    .setMasterAddress("127.0.0.1:6379")
    .addSlaveAddress("127.0.0.1:6389", "127.0.0.1:6332", "127.0.0.1:6419")
    .addSlaveAddress("127.0.0.1:6399");
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
 
 
//哨兵
Config config = new Config();
config.useSentinelServers()
    .setMasterName("mymaster")
    .addSentinelAddress("127.0.0.1:26389", "127.0.0.1:26379")
    .addSentinelAddress("127.0.0.1:26319");
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
 
 
//集群
Config config = new Config();
config.useClusterServers()
    .setScanInterval(2000) // cluster state scan interval in milliseconds
    .addNodeAddress("127.0.0.1:7000", "127.0.0.1:7001")
    .addNodeAddress("127.0.0.1:7002");
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);

三、redission的各种分布式锁

1）可重入锁：

Redisson的分布式可重入锁RLock，实现了java.util.concurrent.locks.Lock接口，以及支持自动过期解锁。同时还提供了异步（Async）、反射式（Reactive）和RxJava2标准的接口。

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

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，看门狗的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。

Redisson同时还为分布式锁提供了异步执行的相关方法：

RLock lock = redisson.getLock("anyLock");
lock.lockAsync();
lock.lockAsync(10, TimeUnit.SECONDS);
Future<Boolean> res = lock.tryLockAsync(100, 10, TimeUnit.SECONDS);

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。

2）公平锁（Fair Lock）：

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。使用方式同上，获取的时候使用如下方法：

RLock fairLock = redisson.getFairLock("anyLock");

3）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();
 
//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。
 
RedissonMultiLock lock = new RedissonMultiLock(lock1, lock2, lock3);
// 给lock1，lock2，lock3加锁，如果没有手动解开的话，10秒钟后将会自动解开
lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);
 
// 为加锁等待100秒时间，并在加锁成功10秒钟后自动解开
boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
...
lock.unlock();

4）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();
 
//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。
 
RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
// 给lock1，lock2，lock3加锁，如果没有手动解开的话，10秒钟后将会自动解开
lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);
 
// 为加锁等待100秒时间，并在加锁成功10秒钟后自动解开
boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
...
lock.unlock();

5）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();
 
//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。
 
// 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();

6）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.acquire();
//或
semaphore.acquireAsync();
semaphore.acquire(23);
semaphore.tryAcquire();
//或
semaphore.tryAcquireAsync();
semaphore.tryAcquire(23, TimeUnit.SECONDS);
//或
semaphore.tryAcquireAsync(23, TimeUnit.SECONDS);
semaphore.release(10);
semaphore.release();
//或
semaphore.releaseAsync();

7）可过期性信号量（PermitExpirableSemaphore）：

基于Redis的Redisson可过期性信号量（PermitExpirableSemaphore）是在RSemaphore对象的基础上，为每个信号增加了一个过期时间。每个信号可以通过独立的ID来辨识，释放时只能通过提交这个ID才能释放。它提供了异步（Async）、反射式（Reactive）和RxJava2标准的接口。

RPermitExpirableSemaphore semaphore = redisson.getPermitExpirableSemaphore("mySemaphore");
String permitId = semaphore.acquire();
// 获取一个信号，有效期只有2秒钟。
String permitId = semaphore.acquire(2, TimeUnit.SECONDS);
// ...
semaphore.release(permitId);

8）门闩：

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();

9）分布式AtomicLong：

RAtomicLong atomicLong = redisson.getAtomicLong("myAtomicLong");
atomicLong.set(3);
atomicLong.incrementAndGet();
atomicLong.get()

10）分布式BitSet：

RBitSet set = redisson.getBitSet("simpleBitset");
set.set(0, true);
set.set(1812, false);
set.clear(0);
set.addAsync("e");
set.xor("anotherBitset");

11）分布式Object：

RBucket<AnyObject> bucket = redisson.getBucket("anyObject");
bucket.set(new AnyObject(1));
AnyObject obj = bucket.get();
bucket.trySet(new AnyObject(3));
bucket.compareAndSet(new AnyObject(4), new AnyObject(5));
bucket.getAndSet(new AnyObject(6));

12）分布式Set：

RSet<SomeObject> set = redisson.getSet("anySet");
set.add(new SomeObject());
set.remove(new SomeObject());

13）分布式List：

RList<SomeObject> list = redisson.getList("anyList");
list.add(new SomeObject());
list.get(0);
list.remove(new SomeObject());

14）分布式Blocking Queue：

RBlockingQueue<SomeObject> queue = redisson.getBlockingQueue("anyQueue");
queue.offer(new SomeObject());
SomeObject obj = queue.peek();
SomeObject someObj = queue.poll();
SomeObject ob = queue.poll(10, TimeUnit.MINUTES);

15）分布式Map：

RMap<String, SomeObject> map = redisson.getMap("anyMap");
SomeObject prevObject = map.put("123", new SomeObject());
SomeObject currentObject = map.putIfAbsent("323", new SomeObject());
SomeObject obj = map.remove("123");
map.fastPut("321", new SomeObject());
map.fastRemove("321");
Future<SomeObject> putAsyncFuture = map.putAsync("321");
Future<Void> fastPutAsyncFuture = map.fastPutAsync("321");
map.fastPutAsync("321", new SomeObject());
map.fastRemoveAsync("321");

除此之外，还支持Multimap。

16）Map eviction：

现在Redis没有过期清空Map中的某个entry的功能，只能是清空Map所有的entry。Redission提供了这种功能。

RMapCache<String, SomeObject> map = redisson.getMapCache("anyMap");
// ttl = 10 minutes, 
map.put("key1", new SomeObject(), 10, TimeUnit.MINUTES);
// ttl = 10 minutes, maxIdleTime = 10 seconds
map.put("key1", new SomeObject(), 10, TimeUnit.MINUTES, 10, TimeUnit.SECONDS);
// ttl = 3 seconds
map.putIfAbsent("key2", new SomeObject(), 3, TimeUnit.SECONDS);
// ttl = 40 seconds, maxIdleTime = 10 seconds
map.putIfAbsent("key2", new SomeObject(), 40, TimeUnit.SECONDS, 10, TimeUnit.SECONDS);

posted on 2021-01-12 15:20 书梦一生阅读(580) 评论(0) 编辑收藏举报

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