说到Redis,我们第一想到的功能就是可以缓存数据,除此之外,Redis因为单进程、性能高的特点,它还经常被用于做分布式锁。
锁我们都知道,在程序中的作用就是同步工具,保证共享资源在同一时刻只能被一个线程访问,Java中的锁我们都很熟悉了,像synchronized 、Lock都是我们经常使用的,但是Java的锁只能保证单机的时候有效,分布式集群环境就无能为力了,这个时候我们就需要用到分布式锁。
分布式锁,顾名思义,就是分布式项目开发中用到的锁,可以用来控制分布式系统之间同步访问共享资源,一般来说,分布式锁需要满足的特性有这么几点:
1、互斥性:在任何时刻,对于同一条数据,只有一台应用可以获取到分布式锁;
2、高可用性:在分布式场景下,一小部分服务器宕机不影响正常使用,这种情况就需要将提供分布式锁的服务以集群的方式部署;
3、防止锁超时:如果客户端没有主动释放锁,服务器会在一段时间之后自动释放锁,防止客户端宕机或者网络不可达时产生死锁;
4、独占性:加锁解锁必须由同一台服务器进行,也就是锁的持有者才可以释放锁,不能出现你加的锁,别人给你解锁了;
业界里可以实现分布式锁效果的工具很多,但操作无非这么几个:加锁、解锁、防止锁超时。
既然本文说的是Redis分布式锁,那我们理所当然就以Redis的知识点来延伸。
实现锁的命令先介绍下Redis的几个命令,
1、SETNX,用法是SETNX key value
SETNX是『 SET if Not eXists』(如果不存在,则 SET)的简写,设置成功就返回1,否则返回0。
可以看出,当把key为lock的值设置为"Java"后,再设置成别的值就会失败,看上去很简单,也好像独占了锁,但有个致命的问题,就是key没有过期时间,这样一来,除非手动删除key或者获取锁后设置过期时间,不然其他线程永远拿不到锁。
既然这样,我们给key加个过期时间总可以吧,直接让线程获取锁的时候执行两步操作:
SETNX Key 1 EXPIRE Key Seconds这个方案也有问题,因为获取锁和设置过期时间分成两步了,不是原子性操作,有可能获取锁成功但设置时间失败,那样不就白干了吗。
不过也不用急,这种事情Redis官方早为我们考虑到了,所以就引出了下面这个命令
2、SETEX,用法SETEX key seconds value
将值 value 关联到 key ,并将 key 的生存时间设为 seconds (以秒为单位)。如果 key 已经存在,SETEX 命令将覆写旧值。
这个命令类似于以下两个命令:
SET key value EXPIRE key seconds # 设置生存时间这两步动作是原子性的,会在同一时间完成。
3、PSETEX ,用法PSETEX key milliseconds value
这个命令和SETEX命令相似,但它以毫秒为单位设置 key 的生存时间,而不是像SETEX命令那样,以秒为单位。
不过,从Redis 2.6.12 版本开始,SET命令可以通过参数来实现和SETNX、SETEX、PSETEX 三个命令的效果。
就比如这条命令
SET key value NX EX seconds加上NX、EX参数后,效果就相当于SETEX,这也是Redis获取锁写法里面最常见的。
怎么释放锁释放锁的命令就简单了,直接删除key就行,但我们前面说了,因为分布式锁必须由锁的持有者自己释放,所以我们必须先确保当前释放锁的线程是持有者,没问题了再删除,这样一来,就变成两个步骤了,似乎又违背了原子性了,怎么办呢?
不慌,我们可以用lua脚本把两步操作做拼装,就好像这样:
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call("del",KEYS[1]) else return 0 endKEYS[1]是当前key的名称,ARGV[1]可以是当前线程的ID(或者其他不固定的值,能识别所属线程即可),这样就可以防止持有过期锁的线程,或者其他线程误删现有锁的情况出现。
代码实现知道了原理后,我们就可以手写代码来实现Redis分布式锁的功能了,因为本文的目的主要是为了讲解原理,不是为了教大家怎么写分布式锁,所以我就用伪代码实现了。