Redis 分布式锁 🔒

Redis 分布式锁 🔒

简单实现

// 这里的冒号:就是一个普通的字符,没特别含义,它可以是任意其它字符,不要误解
> setnx lock:codehole true
OK
... do something critical ...
> del lock:codehole
(integer) 1

缺点:逻辑执行到中间出现异常,可能会导致 del 没有被调用,🔒 得不到释放。

加上过期时间的简单实现

> setnx lock:codehole true
OK
> expire lock:codehole 5
... do something critical ...
> del lock:codehole
(integer) 1

缺点:setnx 和 expire 之间服务器进程突然挂掉了,可能是因为机器掉电或者是被人为杀掉的,就会导致 expire 得不到执行,也会造成死锁。

Redis 2.8 合并 setnx 和 expire 指令

合并为原子操作。

> set lock:codehole true ex 5 nx
OK
... do something critical ...
> del lock:codehole

超时问题

Redis 的分布式锁不能解决超时问题,如果在加锁和释放锁之间的逻辑执行的太长,以至于超出了锁的超时限制,就会出现问题。因为这时候第一个线程持有的锁过期了,临界区的逻辑还没有执行完,这个时候第二个线程就提前重新持有了这把锁,导致临界区代码不能得到严格的串行执行。

为了避免这个问题,Redis 分布式锁不要用于较长时间的任务。如果真的偶尔出现了,数据出现的小波错乱可能需要人工介入解决。

可重入性

可重入性是指线程在持有锁的情况下再次请求加锁,如果一个锁支持同一个线程的多次加锁,那么这个锁就是可重入的。Redis 分布式锁如果要支持可重入,需要对客户端的 set 方法进行包装,使用线程的 Threadlocal 变量存储当前持有锁的计数。

  private ThreadLocal<Map<String, Integer>> lockers = new ThreadLocal<>();

  private boolean _lock(String key) {
    return jedis.set(key, "", "nx", "ex", 5L) != null;
  }

  private void _unlock(String key) {
    jedis.del(key);
  }

  private Map<String, Integer> currentLockers() {
    Map<String, Integer> refs = lockers.get();
    if (refs != null) {
      return refs;
    }
    lockers.set(new HashMap<>());
    return lockers.get();
  }

  public boolean lock(String key) {
    Map<String, Integer> refs = currentLockers();
    Integer refCnt = refs.get(key);
    if (refCnt != null) {
      refs.put(key, refCnt + 1);
      return true;
    }
    boolean ok = this._lock(key);
    if (!ok) {
      return false;
    }
    refs.put(key, 1);
    return true;
  }

  public boolean unlock(String key) {
    Map<String, Integer> refs = currentLockers();
    Integer refCnt = refs.get(key);
    if (refCnt == null) {
      return false;
    }
    refCnt -= 1;
    if (refCnt > 0) {
      refs.put(key, refCnt);
    } else {
      refs.remove(key);
      this._unlock(key);
    }
    return true;
  }

以上还不是可重入锁的全部,精确一点还需要考虑内存锁计数的过期时间,代码复杂度将会继续升高。不推荐使用可重入锁,它加重了客户端的复杂性,在编写业务方法时注意在逻辑结构上进行调整完全可以不使用可重入锁。

集群的分布式锁

在 Sentinel 集群中,主节点挂掉时,从节点会取而代之,客户端上却并没有明显感知。原先第一个客户端在主节点中申请成功了一把锁,但是这把锁还没有来得及同步到从节点,主节点突然挂掉了。然后从节点变成了主节点,这个新的节点内部没有这个锁,所以当另一个客户端过来请求加锁时,立即就批准了。这样就会导致系统中同样一把锁被两个客户端同时持有,不安全性由此产生。

不过这种不安全也仅仅是在主从发生 failover 的情况下才会产生,而且持续时间极短,业务系统多数情况下可以容忍。

为了解决这个问题,Antirez 发明了 Redlock 算法,它的流程比较复杂。

为了使用 Redlock,需要提供多个 Redis 实例,这些实例之前相互独立没有主从关系。同很多分布式算法一样,redlock 也使用「大多数机制」。

加锁时,它会向过半节点发送 set(key, value, nx=True, ex=xxx) 指令,只要过半节点 set 成功,那就认为加锁成功。释放锁时,需要向所有节点发送 del 指令。不过 Redlock 算法还需要考虑出错重试、时钟漂移等很多细节问题,同时因为 Redlock 需要向多个节点进行读写,意味着相比单实例 Redis 性能会下降一些。

参考