Java-redis分布式锁 抢购秒杀系统 实现
一、使用分布式锁要满足的几个条件：
- 系统是一个分布式系统（关键是分布式，单机的可以使用ReentrantLock或者synchronized代码块来实现）
- 共享资源（各个系统访问同一个资源，资源的载体可能是传统关系型数据库或者NoSQL）
- 同步访问（即有很多个进程同事访问同一个共享资源。没有同步访问，谁管你资源竞争不竞争）
二、应用的场景例子
管理后台的部署架构（多台tomcat服务器+redis【多台tomcat服务器访问一台redis】+mysql【多台tomcat服务器访问一台服务器上的mysql】）就满足使用分布式锁的条件。多台服务器要访问redis全局缓存的资源，如果不使用分布式锁就会出现问题。
从redis获取值N，对数值N进行边界检查，自加1，然后N写回redis中。 这种应用场景很常见，像秒杀，全局递增ID、IP访问限制等。以IP访问限制来说，恶意攻击者可能发起无限次访问，并发量比较大，分布式环境下对N的边界检查就不可靠，因为从redis读的N可能已经是脏数据。传统的加锁的做法（如java的synchronized和Lock）也没用，因为这是分布式环境，这个同步问题的救火队员也束手无策。在这危急存亡之秋，分布式锁终于有用武之地了。
分布式锁可以基于很多种方式实现，比如zookeeper、redis...。不管哪种方式，他的基本原理是不变的：用一个状态值表示锁，对锁的占用和释放通过状态值来标识。
这里主要讲如何用redis实现分布式锁。
三、使用redis的setNX命令实现分布式锁
1、实现的原理
Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对Redis的连接并不存在竞争关系。redis的SETNX命令可以方便的实现分布式锁。
2、基本命令解析
1）setNX（SET if Not eXists）
语法：
SETNX key value
将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。
若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。
SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写
返回值：
设置成功，返回 1 。
设置失败，返回 0 。
redis> EXISTS job # job 不存在 (integer) 0 redis> SETNX job "programmer" # job 设置成功 (integer) 1 redis> SETNX job "code-farmer" # 尝试覆盖 job ，失败 (integer) 0 redis> GET job # 没有被覆盖 "programmer"
所以我们使用执行下面的命令
SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
-
如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
-
如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。
2）getSET
语法：
GETSET key value
将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值(old value)。
当 key 存在但不是字符串类型时，返回一个错误。
返回值：
返回给定 key 的旧值。
当 key 没有旧值时，也即是， key 不存在时，返回 nil 。
3）get
语法：
GET key
返回值：
当 key 不存在时，返回 nil ，否则，返回 key 的值。
如果 key 不是字符串类型，那么返回一个错误
四、解决死锁
上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？
我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock.foo的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。
发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次（讲道理，删除锁的操作应该是锁拥有这执行的，这里只需要等它超时即可），当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景：
C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock.foo检查时间戳，先后发现超时了。 C1 发送DEL lock.foo C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。 C2 发送DEL lock.foo C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。 这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！
幸好这种问题是可以避免的，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的：
C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0 C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。 反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁： GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。 如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。
注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了。
五、代码实现
expireMsecs 锁持有超时，防止线程在入锁以后，无限的执行下去，让锁无法释放
timeoutMsecs 锁等待超时，防止线程饥饿，永远没有入锁执行代码的机会
注意：项目里面需要先搭建好redis的相关配置
package test.miaosha; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; import org.springframework.dao.DataAccessException; import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection; import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer; public class RedisLock { private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisLock.class); private RedisTemplate<String,Object> redisTemplate; private static final int DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS = 100; /** * Lock key path. */ private String lockKey; /** * 锁超时时间，防止线程在入锁以后，无限的执行等待 */ private int expireMsecs = 60 * 1000; /** * 锁等待时间，防止线程饥饿 */ private int timeoutMsecs = 10 * 1000; private volatile boolean locked = false; /** * Detailed constructor with default acquire timeout 10000 msecs and lock * expiration of 60000 msecs. * * @param lockKey * lock key (ex. account:1, ...) */ public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey) { this.redisTemplate = redisTemplate; this.lockKey = lockKey + "_lock"; } /** * Detailed constructor with default lock expiration of 60000 msecs. * */ public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey, int timeoutMsecs) { this(redisTemplate, lockKey); this.timeoutMsecs = timeoutMsecs; } /** * Detailed constructor. * */ public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey, int timeoutMsecs, int expireMsecs) { this(redisTemplate, lockKey, timeoutMsecs); this.expireMsecs = expireMsecs; } /** * @return lock key */ public String getLockKey() { return lockKey; } public String get(final String key) { Object obj = null; try { obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() { @Override public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException { StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer(); byte[] data = connection.get(serializer.serialize(key)); connection.close(); if (data == null) { return null; } return serializer.deserialize(data); } }); } catch (Exception e) { logger.error("get redis error, key : {}", key); } return obj != null ? obj.toString() : null; } public String set(final String key,final String value) { Object obj = null; try { obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() { @Override public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException { StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer(); connection.set(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value)); return serializer; } }); } catch (Exception e) { logger.error("get redis error, key : {}", key); } return obj != null ? obj.toString() : null; } public boolean setNX(final String key, final String value) { Object obj = null; try { obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() { @Override public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException { StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer(); Boolean success = connection.setNX(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value)); connection.close(); return success; } }); } catch (Exception e) { logger.error("setNX redis error, key : {}", key); } return obj != null ? (Boolean) obj : false; } private String getSet(final String key, final String value) { Object obj = null; try { obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() { @Override public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException { StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer(); byte[] ret = connection.getSet(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value)); connection.close(); return serializer.deserialize(ret); } }); } catch (Exception e) { logger.error("setNX redis error, key : {}", key); } return obj != null ? (String) obj : null; } /** * 获得 lock. 实现思路: 主要是使用了redis 的setnx命令,缓存了锁. reids缓存的key是锁的key,所有的共享, * value是锁的到期时间(注意:这里把过期时间放在value了,没有时间上设置其超时时间) 执行过程: * 1.通过setnx尝试设置某个key的值,成功(当前没有这个锁)则返回,成功获得锁 * 2.锁已经存在则获取锁的到期时间,和当前时间比较,超时的话,则设置新的值 * * @return true if lock is acquired, false acquire timeouted * @throws InterruptedException * in case of thread interruption */ public synchronized boolean lock() throws InterruptedException { int timeout = timeoutMsecs; while (timeout >= 0) { long expires = System.currentTimeMillis() + expireMsecs + 1; String expiresStr = String.valueOf(expires); // 锁到期时间 if (this.setNX(lockKey, expiresStr)) { // lock acquired locked = true; return true; } String currentValueStr = this.get(lockKey); // redis里的时间 if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) { // 判断是否为空，不为空的情况下，如果被其他线程设置了值，则第二个条件判断是过不去的 // lock is expired String oldValueStr = this.getSet(lockKey, expiresStr); // 获取上一个锁到期时间，并设置现在的锁到期时间， // 只有一个线程才能获取上一个线上的设置时间，因为jedis.getSet是同步的 if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) { // 防止误删（覆盖，因为key是相同的）了他人的锁——这里达不到效果，这里值会被覆盖，但是因为什么相差了很少的时间，所以可以接受 // [分布式的情况下]:如过这个时候，多个线程恰好都到了这里，但是只有一个线程的设置值和当前值相同，他才有权利获取锁 // lock acquired locked = true; return true; } } timeout -= DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS; /* * 延迟100 毫秒, 这里使用随机时间可能会好一点,可以防止饥饿进程的出现,即,当同时到达多个进程, * 只会有一个进程获得锁,其他的都用同样的频率进行尝试,后面有来了一些进行,也以同样的频率申请锁,这将可能导致前面来的锁得不到满足. * 使用随机的等待时间可以一定程度上保证公平性 */ Thread.sleep(DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS); } return false; } /** * Acqurired lock release. */ public synchronized void unlock() { if (locked) { redisTemplate.delete(lockKey); locked = false; } } }
MsService.java
package test.miaosha; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; public class MsService { /*** * 抢购代码 * @param redisTemplate * @param key pronum 首先用客户端设置数量 * @return */ public boolean seckill(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String key) { RedisLock lock = new RedisLock(redisTemplate, key, 10000, 20000); try { if (lock.lock()) { // 需要加锁的代码 String pronum=lock.get("pronum"); //修改库存 if(Integer.parseInt(pronum)-1>=0) { lock.set("pronum",String.valueOf(Integer.parseInt(pronum)-1)); System.out.println("库存数量:"+pronum+" 成功!!!"+Thread.currentThread().getName()); }else { System.out.println("手慢拍大腿"); } return true; } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { // 为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起， // 操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了。 ————这里没有做 lock.unlock(); } return false; } }
ThreadB.java
package test.miaosha; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; public class ThreadB extends Thread { private MsService service; private RedisTemplate<String,Object> redisTemplate; private String key; public ThreadB(MsService service,RedisTemplate<String,Object> redisTemplate,String key) { this.service = service; this.redisTemplate=redisTemplate; this.key=key; } @Override public void run() { service.seckill(redisTemplate, key); } }
测试类 直接开100个线程 模拟100个人抢购
package test.miaosha; import org.apache.xbean.spring.context.ClassPathXmlApplicationContext; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; public class MsTest { static ClassPathXmlApplicationContext appCtx = new ClassPathXmlApplicationContext("test/miaosha/spring-redis.xml"); public static void main(String[] args) { RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = (RedisTemplate<String, Object>)appCtx.getBean("redisTemplate",RedisTemplate.class); //RedisUtil redisUtil=(RedisUtil) appCtx.getBean("redisUtil"); System.out.println("开始"); MsService service = new MsService(); for (int i = 0; i < 100; i++) { ThreadB threadA = new ThreadB(service, redisTemplate, "MSKEY"); threadA.start(); } } }
spring-redis.xml
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans" xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p" xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx" xmlns:util="http://www.springframework.org/schema/util" xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop" xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd http://www.springframework.org/schema/context http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-3.0.xsd http://www.springframework.org/schema/mvc http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc-3.0.xsd http://www.springframework.org/schema/tx http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx-3.0.xsd http://www.springframework.org/schema/aop http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-3.0.xsd http://www.springframework.org/schema/util http://www.springframework.org/schema/util/spring-util-3.0.xsd"> <!--[redis-JedisPoolConfig配置](http://blog.csdn.net/liang_love_java/article/details/50510753)--> <!-- jedis-2.7.2.jar 依赖jar包 commons-pool2-2.3.jar jedis基于 commons-pool2-2.3.jar 自己实现了一个资源池。 配置参数 详见 http://blog.csdn.net/liang_love_java/article/details/50510753 --> <bean id="jedisPoolConfig" class="redis.clients.jedis.JedisPoolConfig"> <property name="maxIdle" value="8" /> <property name="maxTotal" value="200" /> <property name="blockWhenExhausted" value="true" /> <property name="maxWaitMillis" value="30000" /> <property name="testOnBorrow" value="true" /> </bean> <bean id="jedisConnectionFactory" class="org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory"> <property name="hostName" value="127.0.0.1" /> <property name="port" value="6379"/> <property name="poolConfig" ref="jedisPoolConfig" /> <property name="usePool" value="true"/> </bean> <bean id="redisTemplate" class="org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate"> <property name="connectionFactory" ref="jedisConnectionFactory" /> <property name="keySerializer"> <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer" /> </property> <property name="valueSerializer"> <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer" /> </property> <property name="hashKeySerializer"> <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer"/> </property> <property name="hashValueSerializer"> <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer"/> </property> </bean> <!--自定义redis工具类,在需要缓存的地方注入此类 --> </beans>
