Redis高并发分布式锁 Redisson的使用及剖析(二)

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本篇主要带大家来解读一下Redisson代码,是如何进行加锁以及看门狗锁延迟功能。主要讲解部分核心代码,让大家了解Redisson的redis锁机制。

Redisson lock实现过程

//加锁(同时实现加锁,看门狗锁续命的功能)
redissonLock.lock();

Redisson 原子性的实现

Redisson其底层使用了一些Lua脚本来实现原子性操作,之前Redis的文章也有写到Redisson,这次再次回顾一下

Lua 脚本

Redis在2.6推出了脚本功能,允许开发者使用Lua语言编写脚本传到Redis中执行。使用脚本的好处如下:

1、减少网络开销:本来5次网络请求的操作,可以用一个请求完成,原先5次请求的逻辑放在redis服务器上完成。使用脚本,减少了网络往返时延。这点跟管道类似。

2、原子操作:Redis会将整个脚本作为一个整体执行,中间不会被其他命令插入。管道不是原子的,不过redis的批量操作命令(类似mset)是原子的。

3、替代redis的事务功能:redis自带的事务功能很鸡肋,而redis的lua脚本几乎实现了常规的事务功能,官方推荐如果要使用redis的事务功能可以用redis lua替代。

官网文档上有这样一段话:

A Redis script is transactional by definition, so everything you can do with a Redis transaction, you can also do with a script, and usually the script will be both simpler and faster.

从Redis2.6.0版本开始,通过内置的Lua解释器,可以使用EVAL命令对Lua脚本进行求值。EVAL命令的格式如下:

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

script参数是一段Lua脚本程序,它会被运行在Redis服务器上下文中,这段脚本不必(也不应该)定义为一个Lua函数。numkeys参数用于指定键名参数的个数。键名参数 key [key ...] 从EVAL的第三个参数开始算起,表示在脚本中所用到的那些Redis键(key),这些键名参数可以在 Lua中通过全局变量KEYS数组,用1为基址的形式访问( KEYS[1] , KEYS[2] ,以此类推)。

在命令的最后,那些不是键名参数的附加参数 arg [arg ...] ,可以在Lua中通过全局变量ARGV数组访问,访问的形式和KEYS变量类似( ARGV[1] 、 ARGV[2] ,诸如此类)。例如

127.0.0.1:6379> eval "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 first second 
1) "key1" 
2) "key2" 
3) "first" 
4) "second"

其中 "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 是被求值的Lua脚本,数字2指定了键名参数的数量, key1和key2是键名参数,分别使用 KEYS[1] 和 KEYS[2] 访问,而最后的 first 和 second 则是附加参数,可以通过 ARGV[1] 和 ARGV[2] 访问它们。

在 Lua 脚本中,可以使用redis.call()函数来执行Redis命令

Jedis调用示例详见上面jedis连接示例:

public static void main(String[] args) {
    jedis.set("product_10016", "15"); //初始化商品10016的库存
    String script = " local count = redis.call('get', KEYS[1]) " +
            " local a = tonumber(count) " +
            " local b = tonumber(ARGV[1]) " +
            " if a >= b then " +
            "   redis.call('set', KEYS[1], a-b) " +
            //异常代码  "   b==2"+
            "   return 1 " +
            " end " +
            " return 0 ";
    Object obj = jedis.eval(script, Arrays.asList("product_10016"), Arrays.asList("10"));
    System.out.println(obj);
}

脚本解析:
首先,向redis设置product_10016,并设置值为15.
其次,通过redis.call('get',KEYS[1]),获得传入key的value值.
然后,通过local a = tonumber(count),进行数字转换并赋值给a
然后,通过local b = tonumber(ARGV[1]),获得参入参数的值\

下面进行逻辑判断
如果a>=b,如果是第一次访问也就是15>=10,如果成立,则执行redis的set命令,并将a-b的值放入传入的KYES[1]中,正常情况下,redis里面key的值就变成5,同时发回1.
但是如果把异常代码b==2的注释打开,那么代码就会发生异常,然后redis执行set的值就会被“回滚”,也就是redis通过执行Lua代码实现了多条指令的原子性操作。
需要注意的是Lua脚本参数的下标是从1开始的,和java代码有区别\

注意\color{red}{注意}:不要在Lua脚本中出现死循环和耗时的运算,否则redis会阻塞,将不接受其他的命令, 所以使用时要注意不能出现死循环、耗时的运算。redis是单进程、单线程执行脚本。管道不会阻塞redis。
Redisson也是使用Lua的原子性,来实现分布式锁的。

找到核心实现的方法

1、首先点击进入lock()方法 2、进入到了Lock 接口的lock方法

image.png 3、然后看一下实现lock的方法,如下:

image.png 4、进入RedissonLock,实现的lock方法

image.png 5、进入lockInterruptibly image.png 这个地方传入两个值,一个-1,一个null,先记住,后面会使用到 6、进入lockInterruptibly

image.png 7、进入tryAcquireAsync

image.png 8、进入tryLockInnerAsync image.png 9、进入tryLockInnerAsync核心部分

image.png 9-1、Lua脚本解析 首先看传入值的含义

image.png getName就是一开始这块传入的值 coupon_100

image.png 下面看第一行Lua脚本\

"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +

如果coupon_100在缓存中不存在
第二行Lua脚本\

"redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +

以上代码也就是redis hash存储方式,最终执行如下:
hset coupon_100 thread_1000 1
暂时认为线程Id为:thread_1000 第三行Lua脚本

"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +

给coupon_100设置有效时长30s
然后通过return nil返回null

第六行Lua脚本

"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +

如果coupon_100存在,则走下面逻辑
第七行Lua脚本

"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +

给coupon_100 线程 thread_1000的数量+1
第八行Lua脚本

"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +

再次设置coupon_100的过期时长 最终返回coupon_100 pttl,也就是这个key还有多久过期(这个地方主要是有其他线程进来,用于返回之前的线程还有多久锁消失)\

"return redis.call('pttl', KEYS[1]);",

第一次设置coupon_100,Lua脚本走完之后,接着就会通过添加一个listener,走下面的scheduleExpirationRenewal

image.png 然后进入方法内部,就可以看到如下代码

image.png 可以看到最下面,有一开始说的锁时间30s,30s/3,也就是这个定时任务就可以10秒执行一次。
30秒可以在这个地方看到进行了初始化

image.png 这个监听器,最终每10s就会执行一下这个方法(传入了当前线程的ID),如下:

image.png 进入方法

image.png 可以看到又执行了一个Lua脚本,首先进行判断redis中是否有需要的值,如果有则重新设置了coupon_100 中的tread_100的过期时间30s,并返回1,没有则返回0,
这部分代码就实现了锁续命的功能

redisson 分布式锁10s轮询原理 image.png

通过以上的代码追踪及解析,详细大家对一个线程的10s轮询加锁有了一定了解,下面我们再考虑那如果其他线程进来会怎么样执行呢?继续看代码

image.png 然后我们逐级向上追踪,看到如下代码:

image.png 这个地方通过上一步返回的ttl进行判断,如果ttl==null也就是当前线程加上成功,如果不等于null,也就是之前的线程锁还没有失效,下面就开始进行while自旋一直获得上一把锁的过期时间ttl image.png 以上如果使用主从的方式搭建redis,如果锁在了master节点,在同步slave的时候master节点宕机,在通过选举,slave编程master之后,再获得之前的锁就没有了,这样该如何实现呢?建议大家用zookeeper,它是强一致性。

总结:代码执行的顺序比较复杂,建议大家再研究的时候可以把核心代码解读明白就可以啦,这样就可以掌握redisson的核心原理。

分段锁

现在想一个问题,如果现在遇到高并发,然后coupon_100优惠券数量是一百万个,那如果百万千万并发过来抢购优惠券,即使redis是cluster集群,也只能操作到一个节点,这样该如何处理呢?
如果想将性能提高10倍,那我们可以将coupon_100进行分段,比如 coupon_100_1/coupon_100_2/coupon_100_3.....将100万优惠券分配到这些区间段中
这样就实现了优惠券的分段锁。用户在获取锁的时候就可以从这些分段key中获取一个未加锁,并且有库存的进行加锁就可以啦。
大家针对这种有什么好的想法?欢迎留言交流