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Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的示例代碼

更新時(shí)間：2023年10月25日 09:24:52 作者：生命猿于運(yùn)動(dòng)

日常開發(fā)中,秒殺下單、搶紅包等等業(yè)務(wù)場(chǎng)景,都需要用到分布式鎖,本文主要介紹了Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的示例代碼,感興趣的可以了解一下

什么是分布式鎖

分布式鎖是一種應(yīng)用級(jí)的鎖，在分布式系統(tǒng)下一個(gè)應(yīng)用通常會(huì)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)部署，那么在高并發(fā)的情況下，就可能出現(xiàn)同一時(shí)間多個(gè)節(jié)點(diǎn)多個(gè)線程同時(shí)處理同一條數(shù)據(jù)，這種情況很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。那么分布式鎖的出現(xiàn)就是為了解決此問題，它能夠保證一個(gè)代碼塊在同一時(shí)間只能被同一線程或同一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。

分布式鎖有哪些

基于數(shù)據(jù)庫(kù)：使用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)排他鎖或者共享鎖來實(shí)現(xiàn)。
基于緩存：由于緩存操作是原子性的，可以使用Redis或Memcached進(jìn)行實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
基于Zookeeper：利用其臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)特性實(shí)現(xiàn)。
基于分布式協(xié)調(diào)服務(wù)：使用Etcd或Consul的API實(shí)現(xiàn)。

沒種分布式鎖的實(shí)現(xiàn)原理也有些不同，今天我們主要基于Redis緩存進(jìn)一步說明分布式鎖的實(shí)現(xiàn)。

適用場(chǎng)景

數(shù)據(jù)并發(fā)讀寫：當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，分布式鎖可以確保在任何時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行寫操作，從而避免數(shù)據(jù)的不一致。
業(yè)務(wù)流程控制：在復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能需要按特定順序執(zhí)行某些操作?？梢允褂梅植际芥i來保證這些流程按順序執(zhí)行。
資源爭(zhēng)搶：當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)需要爭(zhēng)搶有限的資源時(shí)，分布式鎖可以避免資源競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的系統(tǒng)壓力增大或資源浪費(fèi)。

實(shí)現(xiàn)原理

使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖主要分為以下幾個(gè)步驟：
1.使用Redis的setNx方法，設(shè)置key-value到緩存中，由于Redis操作是原子性的，并且該方法操作若key在緩存中不存在，則會(huì)創(chuàng)建key并設(shè)值后返回狀態(tài)碼1，否則返回狀態(tài)碼0，所以我們只需根據(jù)返回的狀態(tài)碼就可以確定是否有線程正在占用資源，以此作為是否加鎖成功的依據(jù)。
2.使用Redis的delete方法，可以在流程執(zhí)行完成后對(duì)緩存進(jìn)行刪除，以此達(dá)到釋放鎖的目的，從而使其他線程可以加鎖進(jìn)行操作。
3.使用Redis的expire方法，設(shè)置緩存過期時(shí)間，主要用于防止一些故障導(dǎo)致緩存沒有釋放，而長(zhǎng)時(shí)間占用鎖從而導(dǎo)致死鎖，同時(shí)也可以為長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)進(jìn)行續(xù)期。

分布式鎖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

這里我們主要通過SpringBoot已經(jīng)封裝好的RedisTemplate工具類進(jìn)行詳細(xì)講解。

引入maven依賴

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
  <version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>

話不多說直接上代碼

public class RedisLock {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisLock.class);

    /**
     * 鎖狀態(tài)
     */
    private Boolean locked = false;

    /**
     * Redis操作工具
     */
    private RedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * 緩存過期時(shí)間（單位：秒）
     */
    private Long expireTime = 30L;

    /**
     * 緩存key
     */
    private String key;

    public RedisLock(RedisTemplate redisTemplate, String key) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.key = key;
    }

    public RedisLock(RedisTemplate redisTemplate, String key, Long expireTime) {
        this(redisTemplate, key);
        this.expireTime = expireTime;
    }

    public boolean tryLock(long intervalTimeMs, long timeoutMs) {
        // 重試間隔時(shí)間，默認(rèn)100
        if (intervalTimeMs <= 0) {
            intervalTimeMs = 100L;
        }
        // 獲取鎖超時(shí)時(shí)間，默認(rèn)100
        if (timeoutMs <= intervalTimeMs) {
            timeoutMs = 100L;
        }
        while (timeoutMs >= 0) {
            // 設(shè)置緩存，底層調(diào)用setNx方法，返回true即緩存設(shè)置成功，則表示加鎖成功
            if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "1", expireTime, TimeUnit.SECONDS)) {
                locked = true;
                return true;
            }
            // 否則按間隔時(shí)間進(jìn)行休眠后再重新嘗試加鎖
            sleep(intervalTimeMs);
            timeoutMs -= intervalTimeMs;
        }
        locked = false;
        return false;
    }

    public void releaseLock() {
        if (!locked) {
            return;
        }
        // 僅已加鎖才進(jìn)行刪除
        redisTemplate.delete(key);
        locked = false;
    }

    /**
     * 延長(zhǎng)過期時(shí)間
     */
    public void renewal() {
        redisTemplate.expire(key, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
    }

    /**
     * 自定義延長(zhǎng)過期時(shí)間
     * @param renewalTime 延長(zhǎng)的時(shí)間（單位：秒）
     */
    public void renewal(long renewalTime) {
        redisTemplate.expire(key, renewalTime, TimeUnit.SECONDS);
    }

    private void sleep(long intervalTimeMs) {
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(intervalTimeMs);
        } catch (InterruptedException e) {
            logger.error("tryLock:{} timeout exception", key);
        }
    }
}

public class RedisLockBuild {
    public static RedisLock build(RedisTemplate redisTemplate, String key) {
        RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate, key);
        return redisLock;
    }

    public static RedisLock build(RedisTemplate redisTemplate, String key, long expireTime) {
        RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate, key, expireTime);
        return redisLock;
    }
}

從以上的兩個(gè)代碼類來看是不是覺得如此簡(jiǎn)單，主要流程點(diǎn)都有注釋，接下來我們就仔細(xì)說明一下這兩個(gè)類的作用：

RedisLock: Redis分布式鎖工具類，主要提供以下幾個(gè)方法：

public boolean tryLock(long intervalTimeMs, long timeoutMs)

嘗試獲取鎖，并傳遞參數(shù)作為獲取不到鎖時(shí)進(jìn)行等待，以及等待每次重新獲取鎖的時(shí)間，在有效時(shí)間內(nèi)獲取到鎖就返回成功，否則返回失敗，業(yè)務(wù)側(cè)根據(jù)獲取鎖的結(jié)果進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

public void releaseLock()

釋放鎖，通常為了在鎖使用完成后對(duì)其進(jìn)行快速釋放，供其他線程進(jìn)行使用，所以在加鎖的代碼塊都需要使用try-finally進(jìn)行處理，必須主動(dòng)在finally處進(jìn)行鎖釋放。

public void renewal(long renewalTime)

為防止有個(gè)別處理時(shí)間較長(zhǎng)的流程，防止流程未處理完鎖就過期，提供此方法用于對(duì)鎖進(jìn)行續(xù)期，也就是對(duì)鎖重新設(shè)置過期時(shí)間，以達(dá)到延遲過期的效果，使用需要注意釋放鎖防止造成死鎖。

RedisLockBuild: 作為RedisLock的構(gòu)造器，主要方便我們構(gòu)造RedisLock對(duì)象，有需要的可根據(jù)個(gè)人所需進(jìn)行封裝。

使用案例

看似簡(jiǎn)單的東西，不動(dòng)手試一下怎么知道好不好用呢，這里我們就舉個(gè)栗子來說明一下：

@RestController
@RequestMapping("/redis")
public class RedisController {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisController.class);

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    private Integer inventoryNumber = 10;

    @PostMapping("/lock")
    public String lock() {
        CompletableFuture cf1 = CompletableFuture.runAsync(() -> increaseInventory(1));
        CompletableFuture cf2 = CompletableFuture.runAsync(() -> decreaseInventory(1));
        CompletableFuture<Void> cfAll = CompletableFuture.allOf(cf1, cf2);
        cfAll.join();
        logger.info("Inventory Number:{}", inventoryNumber);
        return "test success";
    }

    /**
     * 增加庫(kù)存
     */
    @SneakyThrows
    public void increaseInventory(int number) {
        logger.info("----- increaseInventory start -----");
        RedisLock redisLock = RedisLockBuild.build(redisTemplate, "inventory");
        try {
            if (redisLock.tryLock(500, 3000)) {
                inventoryNumber += number;
                logger.info("----- increaseInventory success sleep 2 seconds -----");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            }
            else {
                logger.info("increaseInventory lock failed.");
            }
        }
        finally {
            redisLock.releaseLock();
        }
        logger.info("----- increaseInventory end -----");
    }

    /**
     * 減少庫(kù)存
     */
    @SneakyThrows
    public void decreaseInventory(int number) {
        logger.info("----- decreaseInventory start -----");
        RedisLock redisLock = RedisLockBuild.build(redisTemplate, "inventory");
        try {
            if (redisLock.tryLock(500, 3000)) {
                inventoryNumber -= number;
                logger.info("----- decreaseInventory success sleep 2 seconds -----");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            }
            else {
                logger.info("decreaseInventory lock failed.");
            }
        }
        finally {
            redisLock.releaseLock();
        }
        logger.info("----- decreaseInventory end -----");
    }
}

以上代碼我們簡(jiǎn)單寫了個(gè)測(cè)試類，設(shè)置一個(gè)庫(kù)存變量inventoryNumber=10，兩個(gè)任務(wù)cf1、cf2，并進(jìn)行異步并發(fā)執(zhí)行，這兩個(gè)任務(wù)同時(shí)對(duì)庫(kù)存變量inventoryNumber進(jìn)行增加和遞減，此時(shí)我們細(xì)看increaseInventory、decreaseInventory這兩個(gè)方法里面的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)都對(duì)庫(kù)存修改的動(dòng)作進(jìn)行了加分布式鎖操作，方式并發(fā)修改數(shù)據(jù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致問題。如此我們就成功實(shí)現(xiàn)了分布式鎖。