Redis分布式锁

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分布式锁是由共享存储系统维护的变量，多个客户端可以向共享存储系统发送命令进行加锁或释放锁操作。Redis 作为一个共享存储系统，可以用来实现分布式锁。

1. 分布式锁

通过redis命令来实现加锁

SET lock_key client_unique_value NX PX 10000

使用了NX选项，SET命令只有在键值对不存在的时候，才会设置，否则不做赋值操作。EX用来设置过期时间，单位秒，PX单位为毫秒

  • 加锁涉及读取锁变量、检查锁变量和设置锁变量三个操作，需要保证原子性，首先，redis是单线程，所以不会并发执行命令；其次，通过SET NX 以及过期时间，一个命令包含三个操作，即可完成加锁操作。
  • 需要加过期时间，是避免持有锁的客户端发生异常，无法主动释放锁，如果不释放锁，后续都无法加锁了。
  • 设置的值需要区分不同客户端，避免锁被其他客户端释放。

通过redis lua脚本来实现解锁

//释放锁 比较unique_value是否相等，避免误释放
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end
  • 释放锁，涉及读取锁变量、判断值、删除锁变量多个操作。使用lua脚本，是为了保证释放锁操作的原子性。

2. RedLock

一个Redis实例保存锁变量，如果这个Redis实例发生宕机，锁变量就没了。客户端也无法进行锁操作，影响业务正常执行。为了保证分布式锁的可靠性，Redis官方提供了分布式锁算法RedLock。需要以下步骤完成加锁操作：

  1. 客户端获取当前时间。
  2. 客户端按顺序依次向N个Redis实例执行加锁操作。加锁操作和单实例上的加锁操作一致，为了保障某个Redis实例发生故障，RedLock算法还能继续运行，需要给加锁操作设置一个超时时间，这个超时时间远小于锁的有效时间。
  3. 一旦客户端完成了和所有Redis实例的加锁操作，客户端就要计算整个加锁过程的总耗时。

客户端只有在满足两个条件下，才认为加锁成功：

  1. 客户端从超过半数（大于等于N/2+1）的Redis实例上成功获取到锁。
  2. 客户端获取锁的总耗时没有超过锁的有效时间。

满足上述两个条件后，再重新计算这个锁的有效时间：锁的最初有效时间，减去客户端获取锁的总耗时。如果不满足上述两个条件，客户端要向所有Redis节点发起释放锁的操作。释放锁和单实例同样操作即可。

如果想要提升分布式锁的可靠性，可以通过RedLock算法来实现。不过也会增加成本，和复杂性。

RedLock算法有一些争论，Martin martin.kleppmann.com/2016/02/08/… antirez.com/news/101

3. Redisson分布式锁

主要研究RLock实现

  • 利用hash结构存储uuid:threadId(field)和数量(value)，这样实现可重入。
  • 对于锁如果没有设置过期时间，将通过定时续锁的有效时长，来避免实例崩溃，但是后续无法加锁问题。
  • Redisson加锁的api还提供等待锁释放的时间，所以当锁释放的是，还需要通过publish，把释放锁的消息给广播出去。

3.1 加锁

redis.call('exists', KEYS[1]) == 0表示key不存在，redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1表示同一个客户端在进行加锁。

-- KEYS[1] == key
-- ARGV[1] == expire time 
-- ARGV[2] == uuid:threadId
if ((redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) or (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1)) 
then 
    redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); 
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); 
    return nil;
end; 
return redis.call('pttl', KEYS[1]);

3.2 解锁

整体还是容易理解的，不在详细解释。

-- KEYS[1] == key
-- KEYS[2] == publish channel name
-- ARGV[1] == 0
-- ARGV[2] == 30000(LockWatchDog Timeout)
-- ARGV[3] == uuid:threadId

if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) 
then 
    return nil;
end;
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1);
if (counter > 0) 
then
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]);
    return 0;
else
    redis.call('del', KEYS[1]);
    redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]);
    return 1; 
end;
return nil;

4. 参考资料

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