环球快资讯丨2023-06-19：讲一讲Redis分布式锁的实现？

2023-06-19：讲一讲Redis分布式锁的实现？

答案2023-06-19：

(资料图片仅供参考)

要实现分布式锁，确实需要使用具备互斥性的Redis操作。其中一种常用的方式是使用SETNX命令，该命令表示"SET if Not Exists"，即只有在key不存在时才设置其值，否则不进行任何操作。通过这种方式，两个客户端进程可以执行SETNX命令来实现互斥，从而达到分布式锁的目的。

下面是一个示例：

客户端1申请加锁，加锁成功：

SETNX lock_key 1

客户端2申请加锁，由于它处于较晚的时间，加锁失败：

SETNX lock_key 1

通过这种方式，您可以使用Redis的互斥性来实现简单的分布式锁机制。

对于加锁成功的客户端，可以执行对共享资源的操作，比如修改MySQL的某一行数据或调用API请求。

操作完成后，需要及时释放锁，以便后续的请求能够访问共享资源。释放锁非常简单，只需使用DEL命令来删除相应的锁键（key）即可。

下面是释放锁的示例逻辑：

DEL lock_key

通过执行以上DEL命令，成功释放锁，以让后续的请求能够获得锁并执行操作共享资源的逻辑。

这样，通过使用SETNX命令进行加锁，然后使用DEL命令释放锁，您就可以实现基本的分布式锁机制。

但是，它存在一个很大的问题，当客户端 1 拿到锁后，如果发生下面的场景，就会造成「死锁」：

1、程序处理业务逻辑异常，没有及时释放锁。

2、进程崩溃或意外停止，无法释放锁。

在这种情况下，客户端将永远占用该锁，其他客户端将无法获取该锁。如何解决这个问题呢？

当考虑在申请锁时为其设置一个「租期」时，可以在Redis中通过设置「过期时间」来实现。假设我们假设操作共享资源的时间不会超过10秒，在加锁时，可以给该key设置一个10秒的过期时间即可。这样做可以确保在申请锁后的一段时间内，如果锁的持有者在该时间内没有更新锁的过期时间，锁将会自动过期，从而防止锁被永久占用

SETNX lock 1    // 加锁EXPIRE lock 10  // 10s后自动过期

这样一来，无论客户端是否异常，这个锁都可以在 10s 后被「自动释放」，其它客户端依旧可以拿到锁。

但现在还是有问题：

当前的操作是将加锁和设置过期时间作为两个独立的命令执行，存在一个问题，即可能只执行了第一条命令而第二条命令却未能及时执行，从而导致问题。例如：

SETNX 命令执行成功后，由于网络问题导致 EXPIRE 命令执行失败。

SETNX 命令执行成功后，Redis 异常宕机，导致 EXPIRE 命令没有机会执行。

SETNX 命令执行成功后，客户端异常崩溃，同样导致 EXPIRE 命令没有机会执行。

总之，这两条命令不能保证是原子操作（一起成功），就有潜在的风险导致过期时间设置失败，依旧发生「死锁」问题。

幸运的是，在 Redis 2.6.12 版本之后，Redis 扩展了 SET 命令的参数。用这一条命令就可以了：

SET lock 1 EX 10 NX

上面的命令执行时，每个客户端在释放锁时，并没有进行严格的验证，存在释放别人锁的潜在风险。为了解决这个问题，可以在加锁时为每个客户端设置一个唯一的标识符（unique identifier），并在解锁时对比标识符来验证是否有权释放锁。

例如，可以是自己的线程 ID，也可以是一个 UUID（随机且唯一），这里我们以UUID 举例：

SET lock $uuid EX 20 NX

之后，在释放锁时，要先判断这把锁是否还归自己持有，伪代码可以这么写：

if redis.get("lock") == $uuid:    redis.del("lock")

这里释放锁使用的是 GET + DEL 两条命令，这时，又会遇到我们前面讲的原子性问题了。这里可以使用lua脚本来解决。

安全释放锁的 Lua 脚本如下：

if redis.call("GET",KEYS[1]) == ARGV[1]then    return redis.call("DEL",KEYS[1])else    return 0end

好了，这样一路优化，整个的加锁、解锁的流程就更「严谨」了。

这里我们先小结一下，基于 Redis 实现的分布式锁，一个严谨的的流程如下：

1、加锁

SET lock_key $unique_id EX $expire_time NX

2、操作共享资源

3、释放锁：Lua 脚本，先 GET 判断锁是否归属自己，再DEL 释放锁

package mainimport ("context""fmt""sync""time""github.com/go-redis/redis/v8""github.com/google/uuid")const (LockTime         = 5 * time.SecondRS_DISTLOCK_NS   = "tdln:"RELEASE_LOCK_LUA = `        if redis.call("get",KEYS[1])==ARGV[1] then            return redis.call("del", KEYS[1])        else            return 0        end    `)type RedisDistLock struct {id          stringlockName    stringredisClient *redis.Clientm           sync.Mutex}func NewRedisDistLock(redisClient *redis.Client, lockName string) *RedisDistLock {return &RedisDistLock{lockName:    lockName,redisClient: redisClient,}}func (this *RedisDistLock) Lock() {for !this.TryLock() {time.Sleep(100 * time.Millisecond)}}func (this *RedisDistLock) TryLock() bool {if this.id != "" {// 处于加锁中return false}this.m.Lock()defer this.m.Unlock()if this.id != "" {// 处于加锁中return false}ctx := context.Background()id := uuid.New().String()reply := this.redisClient.SetNX(ctx, RS_DISTLOCK_NS+this.lockName, id, LockTime)if reply.Err() == nil && reply.Val() {this.id = idreturn true}return false}func (this *RedisDistLock) Unlock() {if this.id == "" {// 未加锁panic("解锁失败，因为未加锁")}this.m.Lock()defer this.m.Unlock()if this.id == "" {// 未加锁panic("解锁失败，因为未加锁")}ctx := context.Background()reply := this.redisClient.Eval(ctx, RELEASE_LOCK_LUA, []string{RS_DISTLOCK_NS + this.lockName}, this.id)if reply.Err() != nil {panic("释放锁失败！")} else {this.id = ""}}func main() {client := redis.NewClient(&redis.Options{Addr: "172.16.11.111:64495",})const LOCKNAME = "百家号：福大大架构师每日一题"lock := NewRedisDistLock(client, LOCKNAME)lock.Lock()fmt.Println("加锁main")ch := make(chan struct{})go func() {lock := NewRedisDistLock(client, LOCKNAME)lock.Lock()fmt.Println("加锁go程")lock.Unlock()fmt.Println("解锁go程")ch <- struct{}{}}()time.Sleep(time.Second * 2)lock.Unlock()fmt.Println("解锁main")<-ch}

看上面这张图，加入key的失效时间是10s，但是客户端C在拿到分布式锁之后，然后业务逻辑执行超过10s，那么问题来了，在客户端C释放锁之前，其实这把锁已经失效了，那么客户端A和客户端B都可以去拿锁，这样就已经失去了分布式锁的功能了！！！

比较简单的妥协方案是，尽量「冗余」过期时间，降低锁提前过期的概率，但是这个并不能完美解决问题，那怎么办呢？

在加锁过程中，可以设置一个过期时间，并启动一个守护线程（也称为「看门狗」线程），定时检测锁的剩余有效时间。如果锁即将过期，但共享资源操作尚未完成，守护线程可以自动对锁进行续期，重新设置过期时间。

为什么要使用守护线程：

package mainimport ("fmt""time""github.com/go-redis/redis/v8""github.com/go-redsync/redsync/v4""github.com/go-redsync/redsync/v4/redis/goredis/v8")func main() {client := redis.NewClient(&redis.Options{Addr:     "172.16.11.111:64495",Password: "", // 如果有密码，请提供密码DB:       0,  // 如果使用不同的数据库，请修改为准确的数据库编号})pool := goredis.NewPool(client)const LOCKNAME = "百家号：福大大架构师每日一题"redsync := redsync.New(pool)mutex := redsync.NewMutex(LOCKNAME)if err := mutex.Lock(); err != nil {fmt.Println("加锁失败:", err)return}fmt.Println("加锁main")ch := make(chan struct{})go func() {mutex := redsync.NewMutex(LOCKNAME)if err := mutex.Lock(); err != nil {fmt.Println("加锁失败:", err)return}fmt.Println("加锁go程")mutex.Unlock()fmt.Println("解锁go程")ch <- struct{}{}}()time.Sleep(time.Second * 2)mutex.Unlock()fmt.Println("解锁main")<-ch}

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