redis分布式锁和2个房客的故事你听过吗
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· 2021-01-26
为什么需要分布式锁这里就不赘述了。常见的分布式锁实现方案有Redis、Zookeeper，数据库。
设计一个分布式锁，至少应该保证以下3个方面：
安全: 独享（相互排斥）。在任意一个时刻，只有一个客户端持有锁。 无死锁：即便是天塌下来，也要锁能释放。 容错。只要大部分Redis节点都活着，客户端就可以获取和释放锁。
redis部署方案一般有这3种。
单机模式
master-slave + sentinel
redis cluster模式
我们看这3种如何实现分布式锁。
单机模式：正常情况下，单机模式没什么大问题，就怕万一redis挂了就完蛋了。一般我们不会采用单机版，这里之所以提到它，是因为单机版的锁是其他方案的基础。redis锁的命令是：
SET resource_name my_value NX PX ms
//NX是指如果key不存在就就返回true，key存在返回false，PX可以指定过期时间
如果简单的setnx，有些场景下会有问题。
《俩个房客的故事》 long long a ago，有A、B俩个房客前往同一家酒店，又都看上了同一间房，但是一间房同时只能容纳一个人，经过一番舌枪唇战，A抢到了第一次。A预计自己半个小时能完事，于是就开了半个小时的钟点房。可是A这次发挥超常，30分钟还没完事，但是由于30分钟时间已经到了，房间锁自动打开（房间空置状态），可以接下一位客人。这时B来了，进入房间，锁上门。正准备干事的时候，A干完事出去的时候把门打开了（释放锁），房间变成空置状态。A和B都很尴尬。
怎么办？为了不让B打扰，A想到了一个办法，让秘书A1每隔10分钟就把钟点房的时间重新设置成30分钟。等A事干完了再开门（释放锁）。
为了避免A开了B上的锁，酒店想出了一个办法，指纹上锁，开锁的时候也必须用这个指纹。这样A就开不了B上的锁。
回到程序，比如A来setnx，默认过期时间30秒，获取到锁，但是A比较墨迹，锁过期（自动释放锁）的时候还在执行，这时候B获取锁。等A执行完来释放锁的时候，其实释放的是B的锁。这个时候就需要多一层判断。A和B，set的my_value必须不一样（参考故事中的指纹）。当A释放锁的时候先判断是否是自己的锁，如果是自己的锁再释放。可以通过以下Lua脚本实现：
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("del",KEYS[1])
else
return 0
end
也可以在自己的业务中实现，关键点就是my_value必须唯一，能区分开A和B。
至于A的问题，我们另起一个线程，来监控A的过期时间，每隔10秒钟就把A的锁过期时间设置成30秒，直到A释放锁。
主从模式，单机版有单点故障，那master-slave应该没问题了吧。master挂了slave顶上。但是请注意，master与slave之间数据同步是异步的。就是说master挂了的时候，可能有写数据并没有同步到slave。这时slave成为master的时候还是丢了锁。比如A获取到某资源的锁，这时master挂了，恰巧锁还没同步到slave。这时slave晋升为master的时候并没有A的锁，这时B过来获取资源锁的时候就成功。安全性得不到保障。当然如果访问量小这个模式完全够了，哪有那么巧的事。即便是正好赶上，由于访问量小，弥补也比较容易。
如果访问量大，对安全要求高，就得另寻出路。redis官方给出了一个解决算法。就是Redlock算法。它要求有N组（台）redis互相独立的节点，它们互相独立，没有主从，也没有集群。客户端要做的是（以5台服务为例）：
1. 获取当前Unix时间，以毫秒为单位。
2. 依次尝试从N个实例，使用相同的key和随机值获取锁。当然向Redis设置锁时,客户端应该设置一个网络连接和响应超时时间，这个超时时间应该小于锁的失效时间。例如你的锁自动失效时间为10秒，则超时时间应该在5-50毫秒之间。这样可以避免服务器端Redis已经挂掉的情况下，客户端还在死死地等待响应结果。如果服务器端没有在规定时间内响应，客户端应该尽快尝试另外一个Redis实例。
3. 客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（步骤1记录的时间）就得到获取锁使用的时间。当且仅当从大多数（N/2+1 ）的Redis节点都取到锁，并且使用的时间小于锁失效时间时，锁才算获取成功。
4. 如果取到了锁，key的真正有效时间等于有效时间减去获取锁所使用的时间（步骤3计算的结果）。
5. 如果因为某些原因，获取锁失败（没有在至少N/2+1个Redis实例取到锁或者取锁时间已经超过了有效时间），客户端应该在所有的Redis实例上进行解锁。
上面这段来源redis中文网。我总结的大概流程是
依次尝试从N个实例获取锁，注意的是获取锁的时间要远小于锁超时的时间。 当且仅当从大多数（N/2+1 ）的Redis节点都取到锁才算成功，否则就是失败。
只有当N/2+1个节点取到锁才是算成功。释放锁比较简单，就是释放每个节点的锁。
当然Redlock解决了分布式锁的基本问题，别忘了它也有《俩个房客的故事》中的问题，解决方案和单机版的redis基本一样。我们可以基于redis-client原生api来实现Redlock算法，也可以用一些框架，比如Redisson。
Redisson实现Redlock。语法就比较简单
RLock rLock1 = redissonRed1.getLock(lockKey);
RLock rLock2 = redissonRed2.getLock(lockKey);
RLock rLock3 = redissonRed2.getLock(lockKey);
RedissonRedLock rLock = new RedissonRedLock(rLock1,rLock2,rLock3);
rLock.lock();
try {
//搞事情....
} finally {
rLock.unlock();
}
总结
我们介绍了redis锁的一些基本要求，和常见问题，以及解决方案。当然还有其他的问题，望大家一起讨论。至于Redlock的实现，建议用框架，可以少care一些细节。最后揭秘《俩个房客的故事》纯属本人虚构，如有雷同，天理不容。