Redis實現(xiàn)分布式鎖的幾種方法總結(jié)

更新時間：2017年07月10日 14:37:49 作者：小飛鶴

這篇文章主要介紹了Redis實現(xiàn)分布式鎖的幾種方法總結(jié)的相關(guān)資料, Redis實現(xiàn)與Zookeeper實現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，需要的朋友可以參考下

Redis實現(xiàn)分布式鎖的幾種方法總結(jié)

分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)之間同步訪問共享資源的一種方式。在分布式系統(tǒng)中，常常需要協(xié)調(diào)他們的動作。如果不同的系統(tǒng)或是同一個系統(tǒng)的不同主機之間共享了一個或一組資源，那么訪問這些資源的時候，往往需要互斥來防止彼此干擾來保證一致性，在這種情況下，便需要使用到分布式鎖。

我們來假設(shè)一個最簡單的秒殺場景：數(shù)據(jù)庫里有一張表，column分別是商品ID，和商品ID對應的庫存量，秒殺成功就將此商品庫存量-1?，F(xiàn)在假設(shè)有1000個線程來秒殺兩件商品，500個線程秒殺第一個商品，500個線程秒殺第二個商品。我們來根據(jù)這個簡單的業(yè)務場景來解釋一下分布式鎖。

通常具有秒殺場景的業(yè)務系統(tǒng)都比較復雜，承載的業(yè)務量非常巨大，并發(fā)量也很高。這樣的系統(tǒng)往往采用分布式的架構(gòu)來均衡負載。那么這1000個并發(fā)就會是從不同的地方過來，商品庫存就是共享的資源，也是這1000個并發(fā)爭搶的資源，這個時候我們需要將并發(fā)互斥管理起來。這就是分布式鎖的應用。

1.實現(xiàn)分布式鎖的幾種方案

    1.Redis實現(xiàn)   (推薦)
    2.Zookeeper實現(xiàn)
    3.數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)

Redis實現(xiàn)分布式鎖
*
* 在集群等多服務器中經(jīng)常使用到同步處理一下業(yè)務，這是普通的事務是滿足不了業(yè)務需求，需要分布式鎖
*
* 分布式鎖的常用3種實現(xiàn)：
*        0.數(shù)據(jù)庫樂觀鎖實現(xiàn)
*        1.Redis實現(xiàn)  --- 使用redis的setnx()、get()、getset()方法，用于分布式鎖，解決死鎖問題
*        2.Zookeeper實現(xiàn)
*           參考：http://surlymo.iteye.com/blog/2082684
*              http://www.dbjr.com.cn/article/103617.htm
*              http://www.hollischuang.com/archives/1716?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
*          1、實現(xiàn)原理：
基于zookeeper瞬時有序節(jié)點實現(xiàn)的分布式鎖，其主要邏輯如下（該圖來自于IBM網(wǎng)站）。大致思想即為：每個客戶端對某個功能加鎖時，在zookeeper上的與該功能對應的指定節(jié)點的目錄下，生成一個唯一的瞬時有序節(jié)點。判斷是否獲取鎖的方式很簡單，只需要判斷有序節(jié)點中序號最小的一個。當釋放鎖的時候，只需將這個瞬時節(jié)點刪除即可。同時，其可以避免服務宕機導致的鎖無法釋放，而產(chǎn)生的死鎖問題。
2、優(yōu)點
鎖安全性高，zk可持久化
3、缺點
性能開銷比較高。因為其需要動態(tài)產(chǎn)生、銷毀瞬時節(jié)點來實現(xiàn)鎖功能。
4、實現(xiàn)
可以直接采用zookeeper第三方庫curator即可方便地實現(xiàn)分布式鎖
*
* Redis實現(xiàn)分布式鎖的原理：
*  1.通過setnx(lock_timeout)實現(xiàn)，如果設(shè)置了鎖返回1， 已經(jīng)有值沒有設(shè)置成功返回0
*  2.死鎖問題：通過實踐來判斷是否過期，如果已經(jīng)過期，獲取到過期時間get(lockKey)，然后getset(lock_timeout)判斷是否和get相同，
*   相同則證明已經(jīng)加鎖成功，因為可能導致多線程同時執(zhí)行g(shù)etset(lock_timeout)方法，這可能導致多線程都只需getset后，對于判斷加鎖成功的線程，
*   再加expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS)過期時間，防止多個線程同時疊加時間，導致鎖時效時間翻倍
*  3.針對集群服務器時間不一致問題，可以調(diào)用redis的time()獲取當前時間

2.Redis分分布式鎖的代碼實現(xiàn)

1.定義鎖接口

package com.jay.service.redis; 
 
/** 
 * Redis分布式鎖接口 
 * Created by hetiewei on 2017/4/7. 
 */ 
public interface RedisDistributionLock { 
  /** 
   * 加鎖成功，返回加鎖時間 
   * @param lockKey 
   * @param threadName 
   * @return 
   */ 
  public long lock(String lockKey, String threadName); 
 
  /** 
   * 解鎖， 需要更新加鎖時間，判斷是否有權(quán)限 
   * @param lockKey 
   * @param lockValue 
   * @param threadName 
   */ 
  public void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName); 
 
  /** 
   * 多服務器集群，使用下面的方法，代替System.currentTimeMillis()，獲取redis時間，避免多服務的時間不一致問題?。?！ 
   * @return 
   */ 
  public long currtTimeForRedis(); 
}

2.定義鎖實現(xiàn)

package com.jay.service.redis.impl; 
 
import com.jay.service.redis.RedisDistributionLock; 
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.StringRedisTemplate; 
import org.springframework.data.redis.serializer.RedisSerializer; 
 
import java.util.concurrent.TimeUnit; 
 
/** 
 * Created by hetiewei on 2017/4/7. 
 */ 
public class RedisLockImpl implements RedisDistributionLock { 
 
  //加鎖超時時間，單位毫秒， 即：加鎖時間內(nèi)執(zhí)行完操作，如果未完成會有并發(fā)現(xiàn)象 
  private static final long LOCK_TIMEOUT = 5*1000; 
 
  private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(RedisLockImpl.class); 
 
  private StringRedisTemplate redisTemplate; 
 
  public RedisLockImpl(StringRedisTemplate redisTemplate) { 
    this.redisTemplate = redisTemplate; 
  } 
 
  /** 
   * 加鎖 
   * 取到鎖加鎖，取不到鎖一直等待知道獲得鎖 
   * @param lockKey 
   * @param threadName 
   * @return 
   */ 
  @Override 
  public synchronized long lock(String lockKey, String threadName) { 
    LOG.info(threadName+"開始執(zhí)行加鎖"); 
    while (true){ //循環(huán)獲取鎖 
      //鎖時間 
      Long lock_timeout = currtTimeForRedis()+ LOCK_TIMEOUT +1; 
      if (redisTemplate.execute(new RedisCallback<Boolean>() { 
        @Override 
        public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException { 
          //定義序列化方式 
          RedisSerializer<String> serializer = redisTemplate.getStringSerializer(); 
          byte[] value = serializer.serialize(lock_timeout.toString()); 
          boolean flag = redisConnection.setNX(lockKey.getBytes(), value); 
          return flag; 
        } 
      })){ 
        //如果加鎖成功 
        LOG.info(threadName +"加鎖成功 ++++ 111111"); 
        //設(shè)置超時時間，釋放內(nèi)存 
        redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS); 
        return lock_timeout; 
      }else { 
        //獲取redis里面的時間 
        String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey); 
        Long currt_lock_timeout_str = result==null?null:Long.parseLong(result); 
        //鎖已經(jīng)失效 
        if (currt_lock_timeout_str != null && currt_lock_timeout_str < System.currentTimeMillis()){ 
          //判斷是否為空，不為空時，說明已經(jīng)失效，如果被其他線程設(shè)置了值，則第二個條件判斷無法執(zhí)行 
          //獲取上一個鎖到期時間，并設(shè)置現(xiàn)在的鎖到期時間 
          Long old_lock_timeout_Str = Long.valueOf(redisTemplate.opsForValue().getAndSet(lockKey, lock_timeout.toString())); 
          if (old_lock_timeout_Str != null && old_lock_timeout_Str.equals(currt_lock_timeout_str)){ 
            //多線程運行時，多個線程簽好都到了這里，但只有一個線程的設(shè)置值和當前值相同，它才有權(quán)利獲取鎖 
            LOG.info(threadName + "加鎖成功 ++++ 22222"); 
            //設(shè)置超時間，釋放內(nèi)存 
            redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS); 
 
            //返回加鎖時間 
            return lock_timeout; 
          } 
        } 
      } 
 
      try { 
        LOG.info(threadName +"等待加鎖， 睡眠100毫秒"); 
//        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); 
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200); 
      } catch (InterruptedException e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
    } 
  } 
 
  /** 
   * 解鎖 
   * @param lockKey 
   * @param lockValue 
   * @param threadName 
   */ 
  @Override 
  public synchronized void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName) { 
    LOG.info(threadName + "執(zhí)行解鎖==========");//正常直接刪除 如果異常關(guān)閉判斷加鎖會判斷過期時間 
    //獲取redis中設(shè)置的時間 
    String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey); 
    Long currt_lock_timeout_str = result ==null?null:Long.valueOf(result); 
 
    //如果是加鎖者，則刪除鎖， 如果不是，則等待自動過期，重新競爭加鎖 
    if (currt_lock_timeout_str !=null && currt_lock_timeout_str == lockValue){ 
      redisTemplate.delete(lockKey); 
      LOG.info(threadName + "解鎖成功------------------"); 
    } 
  } 
 
  /** 
   * 多服務器集群，使用下面的方法，代替System.currentTimeMillis()，獲取redis時間，避免多服務的時間不一致問題?。。?
   * @return 
   */ 
  @Override 
  public long currtTimeForRedis(){ 
    return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Long>() { 
      @Override 
      public Long doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException { 
        return redisConnection.time(); 
      } 
    }); 
  } 
 
}

3.分布式鎖驗證

@RestController 
@RequestMapping("/distribution/redis") 
public class RedisLockController { 
 
  private static final String LOCK_NO = "redis_distribution_lock_no_"; 
 
  private static int i = 0; 
 
  private ExecutorService service; 
 
  @Autowired 
  private StringRedisTemplate redisTemplate; 
 
  /** 
   * 模擬1000個線程同時執(zhí)行業(yè)務，修改資源 
   * 
   * 使用線程池定義了20個線程 
   * 
   */ 
  @GetMapping("lock1") 
  public void testRedisDistributionLock1(){ 
 
    service = Executors.newFixedThreadPool(20); 
 
    for (int i=0;i<1000;i++){ 
      service.execute(new Runnable() { 
        @Override 
        public void run() { 
          task(Thread.currentThread().getName()); 
        } 
      }); 
    } 
 
  } 
 
  @GetMapping("/{key}") 
  public String getValue(@PathVariable("key") String key){ 
    Serializable result = redisTemplate.opsForValue().get(key); 
    return result.toString(); 
  } 
 
  private void task(String name) { 
//    System.out.println(name + "任務執(zhí)行中"+(i++)); 
 
    //創(chuàng)建一個redis分布式鎖 
    RedisLockImpl redisLock = new RedisLockImpl(redisTemplate); 
    //加鎖時間 
    Long lockTime; 
    if ((lockTime = redisLock.lock((LOCK_NO+1)+"", name))!=null){ 
      //開始執(zhí)行任務 
      System.out.println(name + "任務執(zhí)行中"+(i++)); 
      //任務執(zhí)行完畢 關(guān)閉鎖 
      redisLock.unlock((LOCK_NO+1)+"", lockTime, name); 
    } 
 
  } 
}

4.結(jié)果驗證：

在Controller中模擬了1000個線程，通過線程池方式提交，每次20個線程搶占分布式鎖，搶到分布式鎖的執(zhí)行代碼，沒搶到的等待

結(jié)果如下：

2017-04-07 16:27:17.385 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-4等待加鎖， 睡眠100毫秒
2017-04-07 16:27:17.385 INFO 8652 --- [pool-2-thread-7] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-7解鎖成功------------------
    2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-5加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-5任務執(zhí)行中994
2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-5執(zhí)行解鎖==========
    2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-1等待加鎖， 睡眠100毫秒
2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-5解鎖成功------------------
    2017-04-07 16:27:17.397 INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-6加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-6任務執(zhí)行中995
2017-04-07 16:27:17.398 INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-6執(zhí)行解鎖==========
    2017-04-07 16:27:17.398 INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-6解鎖成功------------------
    2017-04-07 16:27:17.400 INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-19加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-19任務執(zhí)行中996
2017-04-07 16:27:17.400 INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-19執(zhí)行解鎖==========
    2017-04-07 16:27:17.400 INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-19解鎖成功------------------
    2017-04-07 16:27:17.571 INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-11加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-11任務執(zhí)行中997
2017-04-07 16:27:17.572 INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-11執(zhí)行解鎖==========
    2017-04-07 16:27:17.572 INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-11解鎖成功------------------
    2017-04-07 16:27:17.585 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-4加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-4任務執(zhí)行中998
2017-04-07 16:27:17.586 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-4執(zhí)行解鎖==========
    2017-04-07 16:27:17.586 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-4解鎖成功------------------
    2017-04-07 16:27:17.591 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-1加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-1任務執(zhí)行中999
2017-04-07 16:27:17.591 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-1執(zhí)行解鎖==========
    2017-04-07 16:27:17.591 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl  : pool-2-thread-1解鎖成功------------------

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