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redis實現(xiàn)紅鎖的示例代碼

更新時間：2025年04月08日 10:22:53 作者：morris131

在分布式系統(tǒng)中,實現(xiàn)一個可靠的鎖機制是非常重要的,本文主要介紹了redis實現(xiàn)紅鎖的示例代碼,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下

舉個真實的例子：你的團隊剛上線了一個秒殺系統(tǒng)，用Redis鎖來防止超賣。測試環(huán)境明明跑得好好的，但大促當晚卻出現(xiàn)了100件庫存賣出了120單的靈異事件。查看日志才發(fā)現(xiàn)：就在用戶瘋狂點擊的瞬間，Redis主節(jié)點突然掛了，新的主節(jié)點還沒拿到鎖的信息，結果兩個用戶同時搶到了"同一把鎖"。

這就是很多開發(fā)者踩過的坑——你以為用了Redis分布式鎖就萬事大吉，其實這些情況隨時可能讓鎖失效：

主節(jié)點剛給你加完鎖就崩潰了，從節(jié)點接班時一臉懵：“什么鎖？我沒聽說過啊”
你的程序正處理到一半突然卡住了（比如GC停頓），等回過神來鎖早就過期了
網(wǎng)絡抽風導致鎖信息沒傳到位，多個客戶端都覺得自己拿到了鎖

為了解決這些頭疼問題，Redis作者提出了**紅鎖（RedLock）**方案。簡單來說就是"不要把雞蛋放在一個籃子里"：讓多個獨立的Redis節(jié)點投票決定鎖的歸屬，只有半數(shù)以上同意才算真正拿到鎖。

但這套方案也引發(fā)過激烈爭論，有人甚至說它"數(shù)學上就不安全"。本文將用最直白的語言：

先帶你看看傳統(tǒng)Redis鎖在集群環(huán)境為什么容易翻車
拆解紅鎖這個"少數(shù)服從多數(shù)"的解決方案
手把手教你用Java代碼實現(xiàn)紅鎖
揭秘Redisson框架如何簡化紅鎖的使用

讀完本文你會明白：沒有完美的分布式鎖，只有適合場景的選擇。下次設計系統(tǒng)時，至少能清楚知道手里的鎖到底有幾成把握。

集群鎖的缺陷與挑戰(zhàn)

在Redis Cluster環(huán)境中，傳統(tǒng)的SETNX分布式鎖存在以下致命缺陷：主從切換導致鎖失效。

問題步驟復現(xiàn)：

客戶端A通過SET key random_val NX PX 30000在主節(jié)點成功獲取鎖
主節(jié)點宕機，Redis Cluster觸發(fā)故障轉移，從節(jié)點升級為新主節(jié)點
由于Redis主從復制是異步的，鎖可能未同步到新主節(jié)點
客戶端B向新主節(jié)點申請相同資源的鎖，成功獲取導致數(shù)據(jù)競爭

# 主節(jié)點寫入鎖
SET resource_1 8a3e72 NX PX 10000  
OK

# 主節(jié)點宕機，從節(jié)點晉升但未同步鎖數(shù)據(jù)
# 新主節(jié)點處理客戶端B的請求
SET resource_1 5b9fd2 NX PX 10000  
OK  # 鎖被重復獲?。?

紅鎖（RedLock）的設計與實現(xiàn)

在N個獨立Redis節(jié)點（非Cluster模式）中，當客戶端在半數(shù)以上節(jié)點成功獲取鎖，且總耗時小于鎖有效期時，才認為鎖獲取成功。

實現(xiàn)步驟詳解

假設部署5個Redis節(jié)點（N=5）：

獲取當前時間：記錄開始時間T1（毫秒精度）
依次向所有節(jié)點申請鎖：

SET lock_key valueNX PX $ttl

value：全局唯一值（如UUID）
ttl：鎖自動釋放時間（如10秒）

計算鎖有效性：

客戶端計算獲取鎖總耗時T_elapsed = T2 - T1（T2為最后響應時間）
僅當以下兩個條件滿足時，鎖才有效：

成功獲取鎖的節(jié)點數(shù) ≥ 3（N/2 + 1）

T_elapsed < ttl（確保鎖未過期）

加鎖成功，去操作共享資源
釋放鎖：向所有節(jié)點發(fā)送Lua腳本刪除鎖（需驗證值）

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

NPC爭議問題

紅鎖算法自誕生起就伴隨著**N（網(wǎng)絡延遲）、P（進程暫停）、C（時鐘漂移）**三個核心爭議，這些現(xiàn)實世界中的不確定因素，動搖了紅鎖在數(shù)學意義上的絕對安全性。

網(wǎng)絡延遲（Network Delay）的致命時間差

問題場景：

客戶端在節(jié)點A、B、C成功獲取鎖，總耗時48ms（小于TTL 50ms）
但由于跨機房網(wǎng)絡波動，實際鎖在節(jié)點上的有效時間存在差異：
- 節(jié)點A記錄的鎖過期時間：客戶端本地時間+50ms = T+50
- 節(jié)點B因網(wǎng)絡延遲，實際鎖過期時間為T+52
- 節(jié)點C因網(wǎng)絡擁塞，實際鎖過期時間僅T+48
在時間窗口T+48到T+50之間，客戶端認為鎖仍有效，但節(jié)點C的鎖已提前失效

后果：
其他客戶端可能在此期間獲取節(jié)點C的鎖，導致鎖狀態(tài)分裂，多個客戶端同時進入臨界區(qū)。

進程暫停（Process Pause）的「薛定諤鎖」

經(jīng)典案例：

// 偽代碼：獲取鎖后執(zhí)行業(yè)務邏輯
if (redLock.tryLock()) {
    // 觸發(fā)Full GC暫停300ms
    System.gc(); 
    
    // 此時鎖已過期，但客戶端仍在寫數(shù)據(jù)
    updateInventory(); 
}

關鍵時間線：

T0: 獲取鎖（TTL=200ms）
T0+100ms: 進入GC暫停，持續(xù)300ms
T0+400ms: GC結束，繼續(xù)執(zhí)行業(yè)務邏輯
鎖實際在T0+200ms已失效，但客戶端在T0+400ms仍以為自己持有鎖

數(shù)據(jù)災難：
其他客戶端在T0+200ms到T0+400ms期間可能修改數(shù)據(jù)，導致最終結果錯亂。

時鐘漂移（Clock Drift）的時空扭曲

物理機時鐘偏移實驗數(shù)據(jù)：

節(jié)點	時鐘誤差范圍	常見誘因
節(jié)點A	±200ms/分鐘	虛擬機時鐘不同步
節(jié)點B	±500ms/天	NTP服務異常
節(jié)點C	±10秒/小時	宿主機硬件時鐘故障

連鎖反應：

客戶端計算鎖有效期基于本地時鐘（假設為T+100ms）
但節(jié)點B的時鐘比實際快30秒，導致其記錄的鎖過期時間為T-29000ms
鎖在客戶端認為的有效期內提前被節(jié)點B自動釋放

行業(yè)領袖的正面交鋒

Martin Kleppmann（《數(shù)據(jù)密集型應用設計》作者）：

“紅鎖依賴的假設——『客戶端能準確感知鎖存活時間』，在異步分布式系統(tǒng)中根本無法保證。即使沒有節(jié)點故障，NPC問題也會導致鎖狀態(tài)的不確定性。”

Antirez（Redis作者）的反駁：

"工程實踐中可以通過以下手段控制風險：

使用帶溫度補償?shù)脑隅娪布?/p>
禁用NTP服務的時鐘跳變調整

監(jiān)控進程暫停（如GC日志分析）

為鎖TTL設置冗余緩沖時間（如額外20%）"

紅鎖的Java實現(xiàn)示例

使用Jedis客戶端實現(xiàn)紅鎖：

package com.morris.redis.demo.redlock;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;

import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 使用jedis手寫RedLock
 */
public class JedisRedLock {

    public static final int EXPIRE_TIME = 30_000;

    private final List<JedisPool> jedisPoolList;

    private final String lockKey;

    private final String lockValue;

    public JedisRedLock(List<JedisPool> jedisPoolList, String lockKey) {
        this.jedisPoolList = jedisPoolList;
        this.lockKey = lockKey;
        this.lockValue = UUID.randomUUID().toString();
    }

    public void lock() {
        while (!tryLock()) {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); // 失敗后短暫等待
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    public boolean tryLock() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        int successCount = 0;
        try {
            for (JedisPool jedisPool : jedisPoolList) {
                try (Jedis jedis = jedisPool.getResource();) {
                    // 原子化加鎖：SET lockKey UUID NX PX expireTime
                    String result = jedis.set(lockKey, lockValue,
                            SetParams.setParams().nx().px(EXPIRE_TIME));
                    if ("OK".equals(result)) {
                        successCount++;
                    }
                }
            }
            // 計算獲取鎖耗時
            long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;

            // 驗證：多數(shù)節(jié)點成功 且 耗時小于TTL
            return successCount >= (jedisPoolList.size() / 2 + 1) && elapsedTime < EXPIRE_TIME;
        } finally {
            // 若加鎖失敗，立即釋放已獲得的鎖
            if (successCount < (jedisPoolList.size() / 2 + 1)) {
                unlock();
            }
        }
    }

    public void unlock() {
        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";

        for (JedisPool jedisPool : jedisPoolList) {
            try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
                jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(lockValue));
            }
        }
    }

}

手寫RedLock的使用：

package com.morris.redis.demo.redlock;

import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 手寫RedLock的使用
 */
public class JedisRedLockDemo {

    private volatile static int count;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<JedisPool> jedisPoolList = new ArrayList<>();
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6379));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6380));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6381));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6382));
        jedisPoolList.add(new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6383));

        int threadCount = 3;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                JedisRedLock jedisRedLock = new JedisRedLock(jedisPoolList, "lock-key");
                jedisRedLock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，開始執(zhí)行業(yè)務邏輯。。。");
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，結束執(zhí)行業(yè)務邏輯。。。");
                    count++;
                } finally {
                    jedisRedLock.unlock();
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }

        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(count);
    }

}

Redisson中紅鎖的使用

Redisson已封裝紅鎖實現(xiàn)，自動處理節(jié)點通信與鎖續(xù)期：

package com.morris.redis.demo.redlock;

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.RedissonRedLock;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Redisson中紅鎖的使用
 */
public class RedissonRedLockDemo {

    private volatile static int count;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        List<String> serverList = Arrays.asList("redis://127.0.0.1:6379", "redis://127.0.0.1:6380", "redis://127.0.0.1:6381",
                "redis://127.0.0.1:6382", "redis://127.0.0.1:6383");

        List<RedissonClient> redissonClientList = new ArrayList<>(serverList.size());
        for (String server : serverList) {
            Config config = new Config();
            config.useSingleServer()
                    .setAddress(server);

            redissonClientList.add(Redisson.create(config));
        }

        List<RLock> lockList = new ArrayList<>(redissonClientList.size());
        for (RedissonClient redissonClient : redissonClientList) {
            lockList.add(redissonClient.getLock("java-lock"));
        }
        
        int threadCount = 3;
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadCount);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                RedissonRedLock redissonRedLock = new RedissonRedLock(lockList.toArray(new RLock[0]));
                redissonRedLock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，開始執(zhí)行業(yè)務邏輯。。。");
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得鎖，結束執(zhí)行業(yè)務邏輯。。。");
                    count++;
                } finally {
                    redissonRedLock.unlock();
                }
                countDownLatch.countDown();
            });
        }

        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(count);

        for (RedissonClient redissonClient : redissonClientList) {
            redissonClient.shutdown();
        }
    }

}

Redisson優(yōu)勢：