Redis分布式鎖詳細(xì)介紹
分布式鎖
在單進(jìn)程應(yīng)用中，當(dāng)一段代碼同一時(shí)間內(nèi)只能由一個(gè)線程執(zhí)行時(shí)，
多線程下可能會(huì)出錯(cuò)，例如兩個(gè)線程同時(shí)對(duì)一個(gè)數(shù)字做累加，兩個(gè)線程同時(shí)拿到了該數(shù)字，例如40，一個(gè)線程加了10，一個(gè)線程加了20，正確結(jié)果應(yīng)該是70，
但由于兩個(gè)線程在自己的內(nèi)存中一個(gè)算出的是50，一個(gè)算出的是60，此時(shí)二者都將自己的結(jié)果往該數(shù)字原本的地方寫(保存)，
這時(shí)候，肯定會(huì)有一個(gè)線程的值會(huì)被覆蓋，因?yàn)樽x取->計(jì)算->保存 并不是原子操作(原子操作是指不會(huì)被線程調(diào)度機(jī)制打斷的操作，這種操作一旦開始，就會(huì)一直運(yùn)行結(jié)束，中間不會(huì)有任何線程切換)，
也就是說最終的結(jié)果要么是50，要么是60，而不可能是70（出現(xiàn)并發(fā)或并行的情況下，這種情況大概率會(huì)發(fā)生），
單進(jìn)程應(yīng)用發(fā)生這種情況時(shí)，可以由程序提供的鎖語義直接上鎖(例如java中的sychornized)保證該段代碼只會(huì)被一個(gè)線程執(zhí)行，按照順序來進(jìn)行，結(jié)果將是正確的。
在分布式應(yīng)用中，由于一臺(tái)機(jī)器上可能跑著相同的應(yīng)用進(jìn)程，或者在不同的機(jī)器上跑著，原本程序自帶的語義鎖已經(jīng)無法起到作用，
因?yàn)橄嗤拇a可能是在不同的機(jī)器、進(jìn)程中執(zhí)行，所以此時(shí)需要一個(gè)能夠讓不同機(jī)器、進(jìn)程中，相同的應(yīng)用代碼執(zhí)行到同一段代碼時(shí)，也能夠按照順序執(zhí)行（或者同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)線程能夠執(zhí)行），
這就需要用到中間件來協(xié)調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖的中間件有很多，redis就是其中一個(gè)。
redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的原理
redis中分布式鎖的原理其實(shí)就是在redis當(dāng)中設(shè)置一個(gè)值(當(dāng)然要保證分布式應(yīng)用連的都是同一個(gè)redis，以這個(gè)redis作為中間點(diǎn)，否則當(dāng)然是沒用的)，這個(gè)值只能由一個(gè)線程來存放，當(dāng)其他線程(或者不同機(jī)器上的進(jìn)程)也來存放時(shí)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)值已經(jīng)存在了，就說明此時(shí)已經(jīng)有人在用這把鎖了，這時(shí)候要么進(jìn)行重試等待，要么進(jìn)行放棄。
設(shè)置一般使用 SETNX (set if not exists) 指令，如果該值沒有，則進(jìn)行設(shè)置，有了則不設(shè)置，這就是拿鎖的關(guān)鍵了，當(dāng)拿到鎖的人執(zhí)行處理完畢后，再調(diào)用 DEL 執(zhí)行進(jìn)行鎖的釋放。
死鎖問題
使用 SETNX 和 DEL 實(shí)現(xiàn)了分布式鎖，但是有一種情況，如果一個(gè)線程進(jìn)行了 SETNX 拿到鎖成功后，突然這個(gè)線程因?yàn)槟撤N原因崩潰了，導(dǎo)致沒有進(jìn)行 DEL 釋放鎖，
那么此時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致其他所有的應(yīng)用都再也沒辦法拿到這把鎖，也就是 死鎖 ，這個(gè)問題的解決方式是將鎖設(shè)置一個(gè)有效期，到了有效期之后該鎖將被自動(dòng)釋放，
使用 EXPIRE 可以給鎖設(shè)置一個(gè)有效期，如下
SETNX LOCK-KEY-NAME true EXPIRE LOCK-KEY-NAME 5
但是還有一個(gè)問題，因?yàn)?SETNX 和 EXPIRE 是分為兩個(gè)指令執(zhí)行的，這中間依然有可能出現(xiàn) SETNX 執(zhí)行完畢后，由于認(rèn)為或者機(jī)器、程序發(fā)生的故障 導(dǎo)致 EXPIRE 沒有執(zhí)行成功，此時(shí)還是有可能會(huì)發(fā)生死鎖，
事務(wù)能不能解決這個(gè)問題？
NO，因?yàn)?EXPIRE 是依賴 SETNX 的執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行的，只有 SETNX 成功后，才能進(jìn)行 EXPIRE，否則是不可以執(zhí)行的，事務(wù)里并沒有 if else 的分支邏輯，要么全部執(zhí)行，要么一個(gè)都不執(zhí)行。
在 redis2.8 的版本中，引入了set指令的拓展參數(shù)，可以讓 SETNX 和 EXPIRE 同時(shí)執(zhí)行(原子)，解決了超時(shí)問題，
SET LOCK-KEY-NAME true ex 5 nx
超時(shí)問題
上面雖然說到利用給鎖設(shè)置過期時(shí)間解決可能會(huì)發(fā)生的死鎖問題，但是萬一我的程序代碼執(zhí)行時(shí)間超過了設(shè)置的過期時(shí)間，這時(shí)候鎖自動(dòng)釋放了，但是我的代碼還沒執(zhí)行完畢，其他人又進(jìn)行執(zhí)行了，導(dǎo)致結(jié)果出錯(cuò)怎么辦？
在一般的開發(fā)場景中，我們會(huì)盡量將鎖的時(shí)間設(shè)置的長一些，例如60s，一般應(yīng)用程序在60s內(nèi)都能執(zhí)行完畢，但是怕就怕的是較真，如果60s內(nèi)也執(zhí)行不完怎么辦？
此時(shí)可以使用一種續(xù)期的方案，就是當(dāng)程序在執(zhí)行過程中，不斷的判斷鎖是否快要過期，代碼是否執(zhí)行完畢，如果快過期了沒有執(zhí)行完畢，就將這把鎖進(jìn)行續(xù)期，保證鎖不會(huì)被自動(dòng)釋放，直到我們的代碼執(zhí)行完畢為止，這種方案在java中由一個(gè)叫做 redisson 的框架實(shí)現(xiàn)了，可以直接引入使用。
鎖誤放問題
在鎖的使用過程中，很有可能出現(xiàn)其他應(yīng)用沒有拿到鎖，但是也執(zhí)行了 DEL 指令，將我們正在執(zhí)行中的程序的鎖釋放了，導(dǎo)致其他地方拿到鎖，進(jìn)入代碼段開始執(zhí)行，
這里的解決方式是，在SETNX的時(shí)候，可以將value設(shè)置成一個(gè)隨機(jī)生成并全局唯一的一串?dāng)?shù)字或字符，該線程一直持有字符，在釋放鎖的時(shí)候，將字符與鎖中的字符進(jìn)行比對(duì)，如果匹配，則可以進(jìn)行釋放鎖，如果不匹配，說明是其他人誤放，此時(shí)拒絕釋放，
但是判斷字符是否相同與釋放鎖并不是原子操作，redis也并不提供這么一種命令，所以我們考慮使用lua腳本執(zhí)行這幾步操作（redisson也實(shí)現(xiàn)了），
最重要的一點(diǎn)是，程序中使用釋放鎖的入口一定要統(tǒng)一，萬一有的應(yīng)用程序不使用上面所述的方法釋放，直接使用 DEL ，那么上面說的方案就沒用了（筆者為了測(cè)試，直接用DEL釋放過）。
可重入性
可重入性是指線程在持有鎖的情況下，再次請(qǐng)求加鎖，如果一個(gè)鎖支持同一個(gè)線程的多次加鎖，那么這個(gè)鎖就是可重入的，Java中的 ReentrantLock 就是可重入鎖，大致的原理就是每次獲取到鎖后對(duì)一個(gè)數(shù)字進(jìn)行 +1，每次釋放的時(shí)候進(jìn)行 -1，當(dāng)數(shù)字為0時(shí)，分布式鎖被釋放，
redis鎖如果要支持可重入性，也需要用上面的方式進(jìn)行支持，不過該邏輯加重了復(fù)雜性，一般推薦將需要鎖的代碼段進(jìn)行邏輯調(diào)整，避免重復(fù)獲取分布式鎖來處理。（當(dāng)然redisson也支持了可重入鎖）
Redlock
上面的方式看起來沒有太多的問題了，但是由于redis本身可能也會(huì)發(fā)生問題，例如在Sentinel集群中，主節(jié)點(diǎn)掛掉，從節(jié)點(diǎn)變成主節(jié)點(diǎn)，但是客戶端這時(shí)候是不知道的，
如果客戶端在剛剛掛掉的主節(jié)點(diǎn)上SETNX成功了，但是這把鎖還沒有同步到從節(jié)點(diǎn)中，從節(jié)點(diǎn)這時(shí)候變成了主節(jié)點(diǎn)，這時(shí)候新主節(jié)點(diǎn)中沒有這把鎖的信息，
此時(shí)另一個(gè)客戶端來請(qǐng)求這把鎖，直接 SETNX 成功，又導(dǎo)致了兩個(gè)客戶端同時(shí)在執(zhí)行相同的代碼，又出現(xiàn)了不安全性，
為此業(yè)界提供了叫做 Redlock 的解決方案，原理大致是，提供多臺(tái)redis實(shí)例，這些實(shí)例之間相互獨(dú)立，沒有主從關(guān)系（沒有任何關(guān)系），同其他分布式算法一樣，使用了大多數(shù)機(jī)制，
加鎖時(shí)，它會(huì)向過半節(jié)點(diǎn)發(fā)出 set(key, value, nx = True, ex = xxx)指令，只要過半節(jié)點(diǎn)設(shè)置成功，這把鎖就算拿到了，釋放鎖時(shí)向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)出 DEL 指令，
Redlock算法(Redisson已支持)需要考慮出錯(cuò)重試，時(shí)鐘漂移等等細(xì)節(jié)問題，同時(shí)Redlock需要向多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀寫，性能將要比單例redis下降，
如果業(yè)務(wù)場景對(duì)錯(cuò)誤的發(fā)生容忍度很低，又可以接受性能稍微有點(diǎn)下降，可以考慮采用Redlock算法。
到此這篇關(guān)于Redis分布式鎖詳細(xì)介紹的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis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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