Go+Redis用最简单的方式实现分布式锁

前言

在项目中我们经常有需要使用分布式锁的场景，而Redis是实现分布式锁最常见的一种方式，并且我们也都希望能够把代码写得简单一点，所以今天我们尽量用最简单的方式来实现。

下面的代码使用go-redis客户端和gofakeit，参考和引用了Redis官方文章

单Redis实例场景

如果熟悉Redis的命令，可能会马上想到使用Redis的set if not exists操作来实现，并且现在标准的实现方式是SET resource_name my_random_value NX PX 30000这串命令，其中：

resource_name表示要锁定的资源
NX表示如果不存在则设置
PX 30000表示过期时间为30000毫秒，也就是30秒
my_random_value这个值在所有的客户端必须是唯一的，所有同一key的获取者（竞争者）这个值都不能一样。

value的值必须是随机数主要是为了更安全的释放锁，释放锁的时候使用脚本告诉Redis:只有key存在并且存储的值和我指定的值一样才能告诉我删除成功。可以通过以下Lua脚本实现：

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end
复制代码

举个例子：客户端A取得资源锁，但是紧接着被一个其他操作阻塞了，当客户端A运行完毕其他操作后要释放锁时，原来的锁早已超时并且被Redis自动释放，并且在这期间资源锁又被客户端B再次获取到。

使用Lua脚本是因为判断和删除是两个操作，所以有可能A刚判断完锁就过期自动释放了，然后B就获取到了锁，然后A又调用了Del，导致把B的锁给释放了。

加解锁示例

package main

import (
   "context"
   "errors"
   "fmt"
   "github.com/brianvoe/gofakeit/v6"
   "github.com/go-redis/redis/v8"
   "sync"
   "time"
)

var client *redis.Client

const unlockScript = `
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end`

func lottery(ctx context.Context) error {
   // 加锁
   myRandomValue := gofakeit.UUID()
   resourceName := "resource_name"
   ok, err := client.SetNX(ctx, resourceName, myRandomValue, time.Second*30).Result()
   if err != nil {
      return err
   }
   if !ok {
      return errors.New("系统繁忙，请重试")
   }
   // 解锁
   defer func() {
      script := redis.NewScript(unlockScript)
      script.Run(ctx, client, []string{resourceName}, myRandomValue)
   }()

   // 业务处理
   time.Sleep(time.Second)
   return nil
}

func main() {
   client = redis.NewClient(&redis.Options{
      Addr: "127.0.0.1:6379",
   })
   var wg sync.WaitGroup
   wg.Add(2)
   go func() {
      defer wg.Done()
      ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
      err := lottery(ctx)
      if err != nil {
         fmt.Println(err)
      }
   }()
   go func() {
      defer wg.Done()
      ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
      err := lottery(ctx)
      if err != nil {
         fmt.Println(err)
      }
   }()
   wg.Wait()
}
复制代码

我们先看lottery()函数，这里模拟一个抽奖操作，在进入函数时，先使用SET resource_name my_random_value NX PX 30000加锁，这里使用UUID作为随机值，如果操作失败，直接返回，让用户重试，如果成功在defer里面执行解锁逻辑，解锁逻辑就是执行前面说到得lua脚本，然后再进行业务处理。

我们在main()函数里面执行了两个goroutine并发调用lottery()函数，其中有一个操作会因为拿不到锁而直接失败。

小结

生成随机值
使用SET resource_name my_random_value NX PX 30000加锁
如果加锁失败，直接返回
defer添加解锁逻辑，保证在函数退出的时候会执行
执行业务逻辑

多Redis实例场景

在单实例情况下，如果这个实例挂了，那么所有请求都会因为拿不到锁而失败，所以我们需要多个分布在不同机器上的Redis实例，并且拿到其中大多数节点的锁才能加锁成功，这也就是RedLock算法。它其实也是基于上面的单实例算法的，只是我们需要同时对多个Redis实例获取锁。

加解锁示例

package main

import (
   "context"
   "errors"
   "fmt"
   "github.com/brianvoe/gofakeit/v6"
   "github.com/go-redis/redis/v8"
   "sync"
   "time"
)

var clients []*redis.Client

const unlockScript = `
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end`

func lottery(ctx context.Context) error {
   // 加锁
   myRandomValue := gofakeit.UUID()
   resourceName := "resource_name"
   var wg sync.WaitGroup
   wg.Add(len(clients))
   // 这里主要是确保不要加锁太久，这样会导致业务处理的时间变少
   lockCtx, _ := context.WithTimeout(ctx, time.Millisecond*5)
   // 成功获得锁的Redis实例的客户端
   successClients := make(chan *redis.Client, len(clients))
   for _, client := range clients {
      go func(client *redis.Client) {
         defer wg.Done()
         ok, err := client.SetNX(lockCtx, resourceName, myRandomValue, time.Second*30).Result()
         if err != nil {
            return
         }
         if !ok {
            return
         }
         successClients <- client
      }(client)
   }
   wg.Wait() // 等待所有获取锁操作完成
   close(successClients)
   // 解锁，不管加锁是否成功，最后都要把已经获得的锁给释放掉
   defer func() {
      script := redis.NewScript(unlockScript)
      for client := range successClients {
         go func(client *redis.Client) {
            script.Run(ctx, client, []string{resourceName}, myRandomValue)
         }(client)
      }
   }()
   // 如果成功加锁得客户端少于客户端数量的一半+1，表示加锁失败
   if len(successClients) < len(clients)/2+1 {
      return errors.New("系统繁忙，请重试")
   }

   // 业务处理
   time.Sleep(time.Second)
   return nil
}

func main() {
   clients = append(clients, redis.NewClient(&redis.Options{
      Addr: "127.0.0.1:6379",
      DB:   0,
   }), redis.NewClient(&redis.Options{
      Addr: "127.0.0.1:6379",
      DB:   1,
   }), redis.NewClient(&redis.Options{
      Addr: "127.0.0.1:6379",
      DB:   2,
   }), redis.NewClient(&redis.Options{
      Addr: "127.0.0.1:6379",
      DB:   3,
   }), redis.NewClient(&redis.Options{
      Addr: "127.0.0.1:6379",
      DB:   4,
   }))
   var wg sync.WaitGroup
   wg.Add(2)
   go func() {
      defer wg.Done()
      ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
      err := lottery(ctx)
      if err != nil {
         fmt.Println(err)
      }
   }()
   go func() {
      defer wg.Done()
      ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
      err := lottery(ctx)
      if err != nil {
         fmt.Println(err)
      }
   }()
   wg.Wait()
   time.Sleep(time.Second) 
}
复制代码

在上面的代码中，我们使用Redis的多数据库模拟多个Redis master实例，一般我们会选择5个Redis实例，真实环境中这些实例应该是分布在不同机器上的，避免同时失效。

在加锁逻辑里，我们主要是对每个Redis实例执行SET resource_name my_random_value NX PX 30000获取锁，然后把成功获取锁的客户端放到一个channel里（这里使用slice可能有并发问题），同时使用sync.WaitGroup等待所以获取锁操作结束。

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然后添加defer释放锁逻辑，释放锁逻辑很简单，只是把成功拿到的锁给释放掉即可。

最后判断成功获取到的锁的数量是否大于一半，如果没有得到一半以上的锁，说明加锁失败。

如果加锁成功接下来就是进行业务处理。

小结

生成随机值
并发给每个Redis实例使用SET resource_name my_random_value NX PX 30000加锁
等待所有获取锁操作完成
defer添加解锁逻辑，保证在函数退出的时候会执行，这里先defer再判断是因为有可能获取到一部分Redis实例的锁，但是因为没有超过一般，还是会判断为加锁失败
判断是否拿到一半以上Redis实例的锁，如果没有说明加锁失败，直接返回
执行业务逻辑

总结

通过使用Go的goroutine、channel、context、sync.WaitGroup等功能可以很容易的实现RedLock（30多行代码）
可以把加解锁操作封装成函数，这样就不会在业务代码里参杂太多加解锁的逻辑