基于SpringBoot+Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖
隨著現(xiàn)在分布式架構(gòu)越來(lái)越盛行,在很多場(chǎng)景下需要使用到分布式鎖。很多小伙伴對(duì)于分布式鎖還不是特別了解,所以特地總結(jié)了一篇文章,讓大家一文讀懂分布式鎖的前世今生。
分布式鎖的實(shí)現(xiàn)有很多種,比如基于數(shù)據(jù)庫(kù)、Redis 、 zookeeper 等實(shí)現(xiàn),本文的示例主要介紹使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
一、什么是分布式鎖
分布式鎖,即分布式系統(tǒng)中的鎖,分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)有序的對(duì)共享資源進(jìn)行操作,在單體應(yīng)用中我們通過(guò)鎖實(shí)現(xiàn)共享資源訪問(wèn),而分布式鎖,就是解決了分布式系統(tǒng)中控制共享資源訪問(wèn)的問(wèn)題。
可能初學(xué)的小伙伴就會(huì)有疑問(wèn),Java多線(xiàn)程中的公平鎖、非公平鎖、自旋鎖、可重入鎖、讀寫(xiě)鎖、互斥鎖這些都還沒(méi)鬧明白呢?怎么又出來(lái)一個(gè)分布式鎖?
其實(shí),可以這么理解:Java的原生鎖是解決多線(xiàn)程下對(duì)于共享資源的操作,而分布式鎖則是多進(jìn)程下對(duì)于共享資源的操作。分布式系統(tǒng)中競(jìng)爭(zhēng)共享資源的最小粒度從線(xiàn)程升級(jí)成了進(jìn)程。
分布式鎖經(jīng)被應(yīng)用到各種高并發(fā)的場(chǎng)景下,典場(chǎng)景案例包括:秒殺、車(chē)票、訂單、退款、庫(kù)存等場(chǎng)景。
二、為什么要使用分布式鎖
在分布式系統(tǒng)中,常常需要協(xié)調(diào)他們的動(dòng)作。如果不同的系統(tǒng)或是同一個(gè)系統(tǒng)的不同主機(jī)之間共享了一個(gè)或一組資源,那么訪問(wèn)這些資源的時(shí)候,往往需要互斥來(lái)防止彼此干擾來(lái)保證一致性,這個(gè)時(shí)候,便需要使用到分布式鎖。
目前幾乎很多大型網(wǎng)站及應(yīng)用都是分布式部署的,如何保證分布式場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題一直是一個(gè)比較重要的話(huà)題。在某些場(chǎng)景下,為了保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性,我們需要保證一個(gè)方法在同一時(shí)間內(nèi)只能被同一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行,這就需要使用分布式鎖。

如上圖所示,假設(shè)用戶(hù)A和用戶(hù)B同時(shí)購(gòu)買(mǎi)了某款商品,訂單創(chuàng)建成功后,下單系統(tǒng)A和下單系統(tǒng)B就會(huì)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的該款商品的庫(kù)存進(jìn)行扣減。如果此時(shí)不加任何控制,系統(tǒng)B提交的數(shù)據(jù)更新就會(huì)覆蓋系統(tǒng)A的數(shù)據(jù),導(dǎo)致庫(kù)存錯(cuò)誤,超賣(mài)等問(wèn)題。
三、分布式鎖應(yīng)該具備哪些條件
在介紹分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式之前,先了解一下分布式鎖應(yīng)該具備哪些條件:
1、在分布式系統(tǒng)環(huán)境下,一個(gè)方法在同一時(shí)間只能被一個(gè)機(jī)器的一個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行;
2、高可用的獲取鎖與釋放鎖;
3、高性能的獲取鎖與釋放鎖;
4、具備可重入特性;
5、具備鎖失效機(jī)制,防止死鎖;
6、具備非阻塞鎖特性,即沒(méi)有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗。
四、分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式
隨著業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,原來(lái)的單體應(yīng)用被演化成分布式集群系統(tǒng)后,由于系統(tǒng)分布在不同機(jī)器上,這就使得原有的并發(fā)控制鎖策略失效,為了解決這個(gè)問(wèn)題就需要一種跨進(jìn)程的互斥機(jī)制來(lái)控制共享資源的訪問(wèn),這就需要用到分布式鎖!
分布式鎖的實(shí)現(xiàn)有多種方式,下面介紹下這幾種分布式鎖的實(shí)現(xiàn):
- 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖,(適用于并發(fā)小的系統(tǒng));
- 基于緩存(Redis等)實(shí)現(xiàn)分布式鎖,(效率高,最流行,存在鎖超時(shí)的問(wèn)題);
- 基于Zookeeper實(shí)現(xiàn)分布式鎖,(可靠,但是效率不搞);
盡管有這三種方案,但是不同的業(yè)務(wù)也要根據(jù)自己的情況進(jìn)行選型,他們之間沒(méi)有最好只有更適合!
五、基于Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖
使用Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖是目前比較流行的解決方案,主要是使用Redis 獲取鎖與釋放鎖效率都很高,實(shí)現(xiàn)方式也特別簡(jiǎn)單。
實(shí)現(xiàn)原理:
(1)獲取鎖的時(shí)候,使用setnx加鎖,并使用expire命令為鎖添加一個(gè)超時(shí)時(shí)間,超過(guò)該時(shí)間則自動(dòng)釋放鎖,鎖的value值為一個(gè)隨機(jī)生成的UUID,通過(guò)此在釋放鎖的時(shí)候進(jìn)行判斷。
(2)獲取鎖的時(shí)候還設(shè)置一個(gè)獲取的超時(shí)時(shí)間,若超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄獲取鎖。
(3)釋放鎖的時(shí)候,通過(guò)UUID判斷是不是該鎖,若是該鎖,則執(zhí)行delete進(jìn)行鎖釋放。
接下來(lái)我們就一步一步實(shí)現(xiàn)Redis 分布式鎖。
第一步,創(chuàng)建Spring Boot項(xiàng)目,并引入相關(guān)依賴(lài)。
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-lang3</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>com.alibaba</groupId>
<artifactId>fastjson</artifactId>
<version>1.2.72</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
</dependency>第二步,創(chuàng)建Redis分布式鎖通用操作類(lèi),示例代碼如下:
@Slf4j
@Component
public class RedisLockUtils {
@Resource
private RedisTemplate redisTemplate;
private static Map<String, LockInfo> lockInfoMap = new ConcurrentHashMap<>();
private static final Long SUCCESS = 1L;
public static class LockInfo {
private String key;
private String value;
private int expireTime;
//更新時(shí)間
private long renewalTime;
//更新間隔
private long renewalInterval;
public static LockInfo getLockInfo(String key, String value, int expireTime) {
LockInfo lockInfo = new LockInfo();
lockInfo.setKey(key);
lockInfo.setValue(value);
lockInfo.setExpireTime(expireTime);
lockInfo.setRenewalTime(System.currentTimeMillis());
lockInfo.setRenewalInterval(expireTime * 2000 / 3);
return lockInfo;
}
public String getKey() {
return key;
}
public void setKey(String key) {
this.key = key;
}
public String getValue() {
return value;
}
public void setValue(String value) {
this.value = value;
}
public int getExpireTime() {
return expireTime;
}
public void setExpireTime(int expireTime) {
this.expireTime = expireTime;
}
public long getRenewalTime() {
return renewalTime;
}
public void setRenewalTime(long renewalTime) {
this.renewalTime = renewalTime;
}
public long getRenewalInterval() {
return renewalInterval;
}
public void setRenewalInterval(long renewalInterval) {
this.renewalInterval = renewalInterval;
}
}
/**
* 使用lua腳本更新redis鎖的過(guò)期時(shí)間
* @param lockKey
* @param value
* @return 成功返回true, 失敗返回false
*/
public boolean renewal(String lockKey, String value, int expireTime) {
String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) else return 0 end";
DefaultRedisScript<Boolean> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
redisScript.setResultType(Boolean.class);
redisScript.setScriptText(luaScript);
List<String> keys = new ArrayList<>();
keys.add(lockKey);
Object result = redisTemplate.execute(redisScript, keys, value, expireTime);
log.info("更新redis鎖的過(guò)期時(shí)間:{}", result);
return (boolean) result;
}
/**
* @param lockKey 鎖
* @param value 身份標(biāo)識(shí)(保證鎖不會(huì)被其他人釋放)
* @param expireTime 鎖的過(guò)期時(shí)間(單位:秒)
* @return 成功返回true, 失敗返回false
*/
public boolean lock(String lockKey, String value, long expireTime) {
return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, value, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
}
/**
* redisTemplate解鎖
* @param key
* @param value
* @return 成功返回true, 失敗返回false
*/
public boolean unlock2(String key, String value) {
Object currentValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);
boolean result = false;
if (StringUtils.isNotEmpty(String.valueOf(currentValue)) && currentValue.equals(value)) {
result = redisTemplate.opsForValue().getOperations().delete(key);
}
return result;
}
/**
* 定時(shí)去檢查redis鎖的過(guò)期時(shí)間
*/
@Scheduled(fixedRate = 5000L)
@Async("redisExecutor")
public void renewal() {
long now = System.currentTimeMillis();
for (Map.Entry<String, LockInfo> lockInfoEntry : lockInfoMap.entrySet()) {
LockInfo lockInfo = lockInfoEntry.getValue();
if (lockInfo.getRenewalTime() + lockInfo.getRenewalInterval() < now) {
renewal(lockInfo.getKey(), lockInfo.getValue(), lockInfo.getExpireTime());
lockInfo.setRenewalTime(now);
log.info("lockInfo {}", JSON.toJSONString(lockInfo));
}
}
}
/**
* 分布式鎖設(shè)置單獨(dú)線(xiàn)程池
* @return
*/
@Bean("redisExecutor")
public Executor redisExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
executor.setCorePoolSize(1);
executor.setMaxPoolSize(1);
executor.setQueueCapacity(1);
executor.setKeepAliveSeconds(60);
executor.setThreadNamePrefix("redis-renewal-");
executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
return executor;
}
}第三步,創(chuàng)建RedisTemplate 配置類(lèi),配置Redistemplate,示例代碼如下:
@Configuration
public class RedisConfig {
@Bean
public RedisTemplate redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) throws Exception {
RedisTemplate redisTemplate = new RedisTemplate();
redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
// 創(chuàng)建 序列化類(lèi)
GenericToStringSerializer genericToStringSerializer = new GenericToStringSerializer(Object.class);
redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());
redisTemplate.setValueSerializer(genericToStringSerializer);
return redisTemplate;
}
}第四步,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)調(diào)用,這里以扣減庫(kù)存為例,示例代碼如下:
@RestController
public class IndexController {
@Resource
private RedisTemplate redisTemplate;
@Autowired
private RedisLockUtils redisLock;
@RequestMapping("/deduct-stock")
public String deductStock() {
String productId = "product001";
System.out.println("---------------->>>開(kāi)始扣減庫(kù)存");
String key = productId;
String requestId = productId + Thread.currentThread().getId();
try {
boolean locked = redisLock.lock(key, requestId, 10);
if (!locked) {
return "error";
}
//執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
//System.out.println("---------------->>>執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯:"+appTitle);
int stock = Integer.parseInt(redisTemplate.opsForValue().get("product001-stock").toString());
int currentStock = stock-1;
redisTemplate.opsForValue().set("product001-stock",currentStock);
try {
Random random = new Random();
Thread.sleep(random.nextInt(3) *1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("---------------->>>扣減庫(kù)存結(jié)束:current stock:" + currentStock);
return "success,current stock:" + currentStock;
} finally {
redisLock.unlock2(key, requestId);
}
}
}六、驗(yàn)證測(cè)試
代碼完成之后,開(kāi)始測(cè)試。我們同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)實(shí)例,端口號(hào)為:8888和8889模擬分布式系統(tǒng)。
接下來(lái),我們分別請(qǐng)求:http://localhost:8888/deduct-stock
和http://localhost:8889/deduct-stock,或者使用JMater分別請(qǐng)求這兩個(gè)地址,模擬高并發(fā)的情況。

通過(guò)上圖我們可以看到,在批量請(qǐng)求的情況下,庫(kù)存扣減也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。說(shuō)明分布式鎖生效了。
到此這篇關(guān)于基于SpringBoot+Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的文章就介紹到這了,更多相關(guān)SpringBoot 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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