分布式锁的实现

南洲牧云
143 阅读4分钟

分布式锁一般有三种实现方式：1. 基于Redis的分布式锁；2. 数据库乐观锁；3. 基于ZooKeeper的分布式锁。

本篇博文将介绍第二种方式，基于Redis实现分布式锁。

前言：

  • 分布式锁的主要作用是保证并发下的资源独占，应用场景主要有：
  1. 防止超卖
  2. 缓存击穿
  3. 其他需要资源独占的业务场景

分布式锁的要求

  1. 加锁时的互斥性。在任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
  2. 解锁时的唯一性。加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了。
  3. 杜绝死锁。即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁。
  4. 具有容错性。只要大部分的Redis节点正常运行，客户端就可以加锁和解锁。
  5. 可重入性。(可选，根据业务需求) 在一个方法里，需要两次获取分布式锁，就叫可重入性。

代码

组件依赖

首先我们要通过Maven引入Jedis开源组件，在pom.xml文件加入下面的代码：

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>2.9.0</version>
</dependency>

加锁

Talk is cheap, show me the code。先展示代码，再带大家慢慢解释为什么这样实现：

public class RedisTool {
    private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
    private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX";
    private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "PX";
    /**
     * 尝试获取分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 请求标识
     * @param expireTime 超期时间
     * @return 是否获取成功
     */
    public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {
        String result = jedis.set(lockKey, requestId, 
        SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);

        if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

可以看到，我们加锁就一行代码：jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)，这个set()方法一共有五个形参：

  1. 第一个为key，我们使用key来当锁，因为key是唯一的。
  2. 第二个为value，我们传的是requestId，很多童鞋可能不明白，有key作为锁不就够了吗，为什么还要用到value？原因就是我们在上面讲到可靠性时，分布式锁要满足第四个条件解铃还须系铃人，通过给value赋值为requestId，我们就知道这把锁是哪个请求加的了，在解锁的时候就可以有依据。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。
  3. 第三个为nxxx，这个参数我们填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即当key不存在时，我们进行set操作；若key已经存在，则不做任何操作；
  4. 第四个为expx，这个参数我们传的是PX，意思是我们要给这个key加一个过期的设置，具体时间由第五个参数决定。
  5. 第五个为time，与第四个参数相呼应，代表key的过期时间。

总的来说，执行上面的set()方法就只会导致两种结果：1. 当前没有锁（key不存在），那么就进行加锁操作，并对锁设置个有效期，同时value表示加锁的客户端。2. 已有锁存在，不做任何操作。 心细的童鞋就会发现了，我们的加锁代码满足我们可靠性里描述的三个条件。首先，set()加入了NX参数，可以保证如果已有key存在，则函数不会调用成功，也就是只有一个客户端能持有锁，满足互斥性。其次，由于我们对锁设置了过期时间，即使锁的持有者后续发生崩溃而没有解锁，锁也会因为到了过期时间而自动解锁（即key被删除），不会发生死锁。最后，因为我们将value赋值为requestId，代表加锁的客户端请求标识，那么在客户端在解锁的时候就可以进行校验是否是同一个客户端。由于我们只考虑Redis单机部署的场景，所以容错性我们暂不考虑.

解锁

public class RedisTool {

    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;
    /**
     * 释放分布式锁
     * @param jedis Redis客户端
     * @param lockKey 锁
     * @param requestId 请求标识
     * @return 是否释放成功
     */
     public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) 
     {
            String script = 
            "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] " +
            "  then return redis.call('del', KEYS[1]) " +
            "else " +
            "  return 0 " + 
            "end";
            
            Object result = jedis.eval(script, 
            Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));
            if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {
                return true;
            }
            return false;
      }
}

可以看到，我们解锁只需要两行代码就搞定了！第一行代码，我们写了一个简单的Lua脚本代码，上一次见到这个编程语言还是在《黑客与画家》里，没想到这次居然用上了。第二行代码，我们将Lua代码传到jedis.eval()方法里，并使参数KEYS[1]赋值为lockKey，ARGV[1]赋值为requestId。eval()方法是将Lua代码交给Redis服务端执行。

  • 那么这段Lua代码的功能是什么呢？
    其实很简单，首先获取锁对应的value值，检查是否与requestId相等，如果相等则删除锁（解锁）。
  • 那么为什么要使用Lua语言来实现呢？
    因为要确保上述操作是原子性的。

分布式锁的详细分析：分布式锁的七种实现

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