Redis – 基于Redis的分布式锁实现

Apr 8, 2019 · 2 分钟阅读 · 后端开发 Redis ·

SETNX命令简介

SETNX key value返回(1:key的值被设置，0:key的值没被设置)，将key的值设为value，并且仅当key不存在。
锁的key为目标数据的唯一键，value为锁的期望超时时间点；
基于Redis实现的分布式锁，主要基于redis的setnx（set if not exist）命令；

1. jedis实现分布式锁

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>3.0.1</version>
</dependency>

1.1 实现示例:

public static boolean correctGetLock(String lockKey, String requestId, int expireTime) {
    String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);
    if ("OK".equals(result)) {
        return true;
    }
    return false;
}

jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time) - key：保证唯一，用来当锁（redis记录的key） - value：redis记录的value，目的是为了标志锁的所有者（竞争锁的客户端），保证解锁时只能解自己加的锁。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成 - nxxx："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 - expx："PX"意思是要给这个key加一个过期的设置（单位毫秒），过期时间由第五个参数决定 - time：expx设置为"PX"时，redis key的过期时间

1.2 解锁示例:

public boolean correctReleaseLock(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;
}

eval命令执行Lua代码的时候，Lua代码将被当成一个命令去执行，并且直到eval命令执行完成，Redis才会执行其他命令，所以保证了检查和删除操作都是原子的。

1.3 这类琐最大的缺点

加锁时只作用在一个Redis节点上，即使Redis通过sentinel保证高可用，如果这个master节点由于某些原因发生了主从切换，那么就会出现锁丢失的情况：

在Redis的master节点上拿到了锁；
但是这个加锁的key还没有同步到slave节点；
master故障，发生故障转移，slave节点升级为master节点；
导致锁丢失。

因此，Redis作者antirez基于分布式环境下提出了一种更高级的分布式锁的实现方式：Redlock。基于Redis的Redisson实现了Redlock。

2. Redisson实现普通分布式锁

普通分布式实现非常简单，无论是那种架构，向Redis通过EVAL命令执行LUA脚本即可。

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.3.2</version>
</dependency>

单机模式:

// 构造redisson实现分布式锁必要的Config
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://172.29.1.180:5379")
                        .setPassword("a123456").setDatabase(0);
// 构造RedissonClient
RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
// 设置锁定资源名称, 还可以getFairLock(), getReadWriteLock()
RLock lock = redissonClient.getLock("DISLOCK");
boolean isLock;
try {
    // 尝试获取分布式锁
    // 500ms拿不到锁, 就认为获取锁失败。10000ms即10s是锁失效时间。
    isLock = lock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    if (isLock) {
        //TODO if get lock success, do something;
    }
} catch (Exception e) {
} finally {
    // 无论如何, 最后都要解锁
    lock.unlock();
}

哨兵模式: 即Sentinel模式，实现代码和单机模式几乎一样，唯一的不同就是Config的构造：

Config config = new Config();
config.useSentinelServers().addSentinelAddress(
        "redis://172.29.3.245:26378","redis://172.29.3.245:26379", "redis://172.29.3.245:26380")
      .setMasterName("mymaster").setPassword("a123456").setDatabase(0);

集群模式: 即Cluster模式，集群模式构造Config如下：

Config config = new Config();
config.useClusterServers().addNodeAddress(
        "redis://172.29.3.245:6375","redis://172.29.3.245:6376", "redis://172.29.3.245:6377",
        "redis://172.29.3.245:6378","redis://172.29.3.245:6379", "redis://172.29.3.245:6380")
      .setPassword("a123456").setScanInterval(5000);

3. Redisson实现Redlock分布式锁

3.1 Redlock算法大概原理：

在Redis的分布式环境中，我们假设有N个Redis master。这些节点完全互相独立，不存在主从复制或者其他集群协调机制。我们确保将在N个实例上使用与在Redis单实例下相同方法获取和释放锁。
为了取到锁，客户端应该执行以下操作:
- 获取当前Unix时间，以毫秒为单位。
- 依次尝试从N个实例，使用相同的key和具有唯一性的value（例如UUID）获取锁。
- 客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（步骤1记录的时间）就得到获取锁使用的时间。
- 当且仅当(N/2+1)的Redis节点都取到锁，并且使用的时间小于锁失效时间时，锁才算获取成功，例如3个节点至少需要3/2+1=22个。
- 如果取到了锁，key的真正有效时间等于有效时间减去获取锁所使用的时间（步骤3计算的结果）。
- 若获取锁失败，客户端应该在所有的Redis实例上进行解锁（即便某些Redis实例根本就没有加锁成功）。

3.2 使用`Redlock`

单机模式Redis为例:

Config config = new Config();
config.useClusterServers().addNodeAddress(
        "redis://127.0.0.1:6379","redis://127.0.0.1:6369", "redis://127.0.0.1:6359",
        "redis://127.0.0.1:6349","redis://127.0.0.1:6339")
        .setPassword("******");
// 节点1
Config config1 = new Config();
config1.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
RedissonClient redissonClient1 = Redisson.create(config1);
// 节点2
Config config2 = new Config();
config2.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6378");
RedissonClient redissonClient2 = Redisson.create(config2);
// 节点3
Config config3 = new Config();
config3.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6377");
RedissonClient redissonClient3 = Redisson.create(config3);
// 设置锁定资源名称
String resourceName = "REDLOCK";
RLock lock1 = redissonClient1.getLock(resourceName);
RLock lock2 = redissonClient2.getLock(resourceName);
RLock lock3 = redissonClient3.getLock(resourceName);
// 实例化RedissonRedLock
RedissonRedLock redLock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
try {
    boolean isLock = redLock.tryLock(500, 30000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    if (isLock) {
        //TODO if get lock success, do something;
        Thread.sleep(30000);
    }
} catch (Exception e) {
} finally {
    //解锁
    redLock.unlock();
}

最核心的变化就是 RedissonRedLock redLock=new RedissonRedLock(lock1,lock2,lock3);，因为我这里是以三个节点为例。

如果是主从Redis架构、哨兵Redis架构、集群Redis架构实现Redlock，只需要改变上述config1、config2、config3为主从模式、哨兵模式、集群模式配置即可，但相应需要3个独立的Redis主从集群、3个Redis独立的哨兵集群、3个独立的Cluster集群。
以sentinel模式架构为例，3个sentinel模式集群，如果要获取分布式锁，那么需要向这3个sentinel集群通过EVAL命令执行LUA脚本，需要3/2+1=2，即至少2个sentinel集群响应成功，才算成功的以Redlock算法获取到分布式锁。

4. Redlock问题合集

4.1 N个节点的理解

假设我们用N(>=3)个节点实现Redlock算法的分布式锁。不是一个有N个主节点的cluster集群；而是要么是N个redis单实例，要么是N个sentinel集群，要么是N个cluster集群。

4.2 失效时间如何设置

这个问题的场景是，假设设置失效时间10秒，如果由于某些原因导致10秒还没执行完任务，这时候锁自动失效，导致其他线程也会拿到分布式锁。这确实是Redis分布式最大的问题，不管是普通分布式锁，还是Redlock算法分布式锁，都没有解决这个问题。也有一些文章提出了对失效时间续租，即延长失效时间，很明显这又提升了分布式锁的复杂度（没有现成的框架有实现）。

4.3 redis分布式锁的高可用

关于Redis分布式锁的安全性问题，在分布式系统专家Martin Kleppmann和Redis的作者Antirez之间已经发生过一场争论。有兴趣的同学，搜索"基于Redis的分布式锁到底安全吗"就能得到你想要的答案，需要注意的是，有上下两篇（这应该就是传说中的神仙打架吧）。

4.4 使用Zookeeper还是Redis实现分布式锁

没有绝对的好坏，只有更适合自己的业务。就性能而言，Redis很明显优于Zookeeper；就分布式锁实现的健壮性(高可用)而言，Zookeeper很明显优于Redis。至于如何选择，还要看具体业务场景。

参考：https://mp.weixin.qq.com/s/8uhYult2h_YUHT7q7YCKYQ

END .