Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的實(shí)例講解
在一個(gè)分布式系統(tǒng)中,會(huì)遇到一些需要對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享的資源加鎖的情況,這個(gè)時(shí)候需要用到分布式鎖。分布式鎖通常保存在一個(gè)共享的存儲(chǔ)系統(tǒng)中,可以被多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享和訪問。
鎖的本質(zhì)
簡(jiǎn)單來(lái)講,鎖可以用一個(gè)變量來(lái)表示。比如,在一個(gè)單機(jī)多線程的程序來(lái)說,某個(gè)資源的鎖用一個(gè) bit 的數(shù)據(jù)就可以表示。即 0 表示沒有資源可以訪問,1 表示資源的鎖已被別的線程獲取,不能訪問。
獲取和釋放特定資源的鎖,本質(zhì)上就是為獲取和修改這個(gè)變量的值。如果值是 0 則將其修改為 1,就完成了獲取的過程,如果訪問到的值不是 0,則獲取鎖失??;如果之前獲取了鎖,將表示鎖的變量的值修改為 0 的操作,其實(shí)就是釋放鎖的操作。
在一個(gè)分布式場(chǎng)景中,實(shí)現(xiàn)鎖的方式也是一樣的,只不過這個(gè)表示資源鎖的變量,需要保存在一個(gè)共享的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。這個(gè)共享的存儲(chǔ)系統(tǒng),可以是 Redis,也可以是其他的任何可以提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的系統(tǒng)。
基于 Redis 的分布式鎖實(shí)現(xiàn)
第一步:初步實(shí)現(xiàn)功能
對(duì)于將 Redis 作為這個(gè)共享存儲(chǔ)系統(tǒng)的情況來(lái)說,代表某個(gè)資源的鎖的變量,就是 Redis 中的一個(gè)鍵值對(duì)。假如,需要添加分布式鎖的資源叫 resource_a,我們可以將 Redis 中 resource_a 的鎖變量的 key 叫做 lock_a。
例如,節(jié)點(diǎn)一需要獲取鎖,它會(huì)訪問 Redis 中 lock_a 的值,假設(shè)獲取到的值為 0,則節(jié)點(diǎn)一將這個(gè)值設(shè)置為 1 后,就完成了加鎖操作。此時(shí),節(jié)點(diǎn)二也需要獲取 resource_a 的鎖,它去訪問 Redis 中 lock_a 的值,發(fā)現(xiàn)值是 1,說明鎖已經(jīng)被別的節(jié)點(diǎn)獲取,并且還沒有釋放,因此,節(jié)點(diǎn)二對(duì)資源 resource_a 加鎖失敗。
當(dāng)節(jié)點(diǎn)一需要釋放鎖的時(shí)候,只需要將 Redis 中的 lock_a 的值設(shè)置為 0 就完成了鎖的釋放,之后,其他的節(jié)點(diǎn)就可以再次獲取資源的鎖。
第二步:加鎖操作原子化
以上的描述中,加鎖的并不是一個(gè)單一的操作,而是包含了多個(gè)步驟:讀取鎖變量、判斷變量的值、修改鎖變量。這三個(gè)操作需要原子化。
在 Redis 中,有一個(gè) SETNX 命令,用于設(shè)置鍵值對(duì)的值,與 SET 命令不同,它在是先事會(huì)判斷鍵值對(duì)是否存在,只有當(dāng)指定的 KEY 不存在的時(shí)候,才會(huì)執(zhí)行值的設(shè)定,否則什么都不執(zhí)行。SETNX 就是「SET if Not eXist」的意思。它的用法與 SET 相同:
SETNX lock_a 1
這樣,當(dāng)需要獲取鎖的時(shí)候,使用 SETNX 命令為 lock_a 設(shè)置一個(gè)值,如果設(shè)置成功則獲取到了鎖,如果失敗則沒有獲取到鎖;當(dāng)需要釋放鎖的時(shí)候,使用 DEL 操作刪除鍵值對(duì)即可。
這樣就實(shí)現(xiàn)了獲取和釋放鎖的原子化操作。
第三步:防止加鎖后不釋放
接下來(lái)早考慮一個(gè)問題,如果節(jié)點(diǎn)一獲取到鎖之后,由于程序異常等原因,導(dǎo)致一直么有釋放鎖,此時(shí),鎖會(huì)一直被它持有,無(wú)法釋放,其他節(jié)點(diǎn)也無(wú)法訪問資源。
為了避免這種情況的發(fā)生,我們必須給鎖變量設(shè)置過期時(shí)間,當(dāng)鎖變量過期后,就可以重新請(qǐng)求加鎖,這樣就可以避免這個(gè)問題。
SETNX 的命令并沒有設(shè)置過期時(shí)間的選項(xiàng),所幸的是,Redis 為 SET 命令提供了模擬 SETNX 的 NX 選項(xiàng),我們可以這樣設(shè)置過期時(shí)間:
SET lock_a 1 NX PX 10000
以上命令代表,如果 lock_a 不存在,則將它的值設(shè)置為 1,并且在 10 秒后過期。
第四步:誰(shuí)加鎖誰(shuí)釋放
最后一個(gè)問題是,如果節(jié)點(diǎn)一獲取了鎖,而由于某種原因,節(jié)點(diǎn)二執(zhí)行了 DEL 操作,那么,其他節(jié)點(diǎn)又可以獲取鎖了。
為了解決這個(gè)問題,我們可以修改一下鎖變量保存的內(nèi)容。在前面的邏輯中,我們申請(qǐng)鎖的時(shí)候,是去判斷鎖變量是否存在,而與其中保存的值關(guān)系不大,因此,我們可以把這個(gè)值利用起來(lái)。
在加鎖的時(shí)候,如果把值保存為每個(gè)節(jié)點(diǎn)唯一的標(biāo)識(shí),那么,在釋放鎖執(zhí)行 DEL 之前再對(duì)這個(gè)值進(jìn)行判斷,那么,就可以先判斷鎖是否是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)加上的,是的話再進(jìn)行釋放,這樣就實(shí)現(xiàn)了「誰(shuí)加鎖誰(shuí)是放」。
這一部分,沒有一個(gè)單一的指令可以完成讀取鎖變量、判斷、刪除的操作,因此,可以使用 Lua 腳本實(shí)現(xiàn)。在腳本中獲取到當(dāng)前鎖變量的值,與給定的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)進(jìn)行比對(duì),符合的話才進(jìn)行刪除操作,否則不操作。
在釋放鎖時(shí),執(zhí)行 Lua 腳本即可。
第五步:實(shí)現(xiàn)高可用
完善了功能之后,最后再來(lái)實(shí)現(xiàn)高可用。如果我們使用單一的 Redis 作為分布式鎖的共享存儲(chǔ)系統(tǒng),那么,如果這個(gè) Redis 不可用了,那涉及到分布式鎖的部分都不可用了,這樣是很脆鎖的,這是高可用非常有必要的原因。
此時(shí),需要搬出 Redis 的作者 Antirez 提出的分布式鎖算法 Redlock。簡(jiǎn)而言之,是讓鎖的申請(qǐng)者,想多個(gè)獨(dú)立的 Redis 實(shí)例請(qǐng)求加鎖,如果能在半數(shù)以上的 Redis 完成枷鎖操作,那么就成功的獲取了鎖,反之獲取失敗。
在釋放鎖的操作時(shí),同樣只要在超過半數(shù)的實(shí)例上執(zhí)行成功刪除鎖變量的 Lua 腳本,即可視為成功。
到此這篇關(guān)于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的實(shí)例講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis如何實(shí)現(xiàn)分布式鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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