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简介

分布式锁就是用来控制同一时刻，只有一个JVM进程中的一个线程可以访问被保护的资源。

特性

互斥:在同一时刻，一个资源只能有一把锁被一个客户端持有。
无死锁:当持有锁的客户端奔溃后，锁仍然可以被其它客户端获取
容错性：当部分节点失活之后，其余节点客户端依然可以获取和释放锁
统一性：即释放锁的客户端只能由获取锁的客户端释放

为什么需要分布式锁

在单机环境下，当多个线程并发操作某个对象时，我们可以通过synchronized来保证同一时刻只能有一个线程获取对象的锁进行处理，其他的线程进行等待，但是随着微服务架构的流行和发展，现在的系统大部分都是基于分布式部署，即一个应用可能会部署在多台服务器上，然而synchronized只能保证当前服务器的线程安全，无法跨服务并发安全控制。所以我们才需要通过分布式锁来进行相关的控制。

Redis如何实现分布式锁

关于Redis分布式锁的实现分为单机环境和集群环境，不同的环境实现的方案不同。

图片.png

Redis单机环境实现

Redis提供了SETNX命令，设置key的值为value，只不过它会先判断key是否已经存在，如果key不存在，那么就设置key的值为value，并返回1；如果key已经存在，则不更新key的值，直接返回0：

加锁

客户端1对stock加锁

127.0.0.1:6379> setnx stock 100
(integer) 1//加锁成功

客户端2在对stock加锁，则加锁失败

127.0.0.1:6379> setnx stock 100
(integer) 0 //加锁失败

说明：此时说明只有客户端1加锁成功。

释放锁

客户端1加锁成功后，需要释放锁，redis提供了DEL来释放Redis锁

127.0.0.1:6379> DEL stock // 释放锁
(integer) 1

基本流程

图片.png

此加锁流程存在两个严重问题：

1.如果程序处理出现异常，则锁无法进行释放。
2.Redis客户端异常没有及时释放锁

这两个问题会导致客户端一致占用锁，其他的客户端无法获取锁，这种现象称之为死锁。

如何避免死锁

我们需要对加锁的对象设置过期时间，例如我们加锁stock对象并设置过期时间为10秒。

127.0.0.1:6379> setnx stock 100 
(integer) 1
127.0.0.1:6379> expire stock 10

但是这两个命令是分开执行，Redis是无法保证原子性的，所以在并发情况下，会出现如下的异常场景。

SETNX 执行成功，执行EXPIRE时由于网络问题，执行失败
SETNX 执行成功，Redis异常宕机，EXPIRE 没有机会执行
SETNX 执行成功，客户端异常崩溃，EXPIRE 也没有机会执行

所以由于这两个命令无法保证原子性操作，所以还是存在风险导致锁过期时间失败的场景，从而发生死锁。那么我们将如何进行处理？

在Reids2.6+的版本之后，Redis对Set命令进行了扩展，提供了当满足了当key不存在则设置 value，同时设置超时时间的命令，并且满足原子性。

SET key value NX PX 10000

NX：表示只有key不存在的时候才能SET成功，从而保证只有一个客户端可以获得锁；
PX: 表示这个锁有一个10秒自动过期时间。

虽然此命令设置值和过期时间保证了原子性，但是还是存在如下两个严重的问题：

问题1：锁过期，当客户端1执行复杂的业务操作，业务还没执行完，导致锁自动释放了。
问题2：释放其他客户端锁，这是因为客户端在释放锁时并没有进行客户端的唯一性验证，导致释放其他客户端锁。

问题1：锁过期问题

锁过期，可能是我们对于业务复杂度评估的锁的时间不正确导致，虽然我们可以调整锁的时间，例如将锁的时间从10秒调整到20秒等，但是我们无法并覆盖到所有导致耗时变长的场景，无法从根本上解决问题，那么有没有更好的方案呢？我们需要开启一个守护进程，如果锁快过期，但是业务还没执行完成，我们需要对所进行自动续期，重新设置过期时间，Redis为我们提供了Redisson来解决锁自动续期的问题。关于Redisson后续的文章将进行详细讲解。

问题2：释放其他客户端的锁

释放其他客户端锁的解决办法为，客户端在加锁时，设置一个唯一标识，我们可以采用UUID来进行标识，在释放锁时，我们需要进行判断，如果为自己客户端，才进行释放。

 if redis.get("stock") == $uuid:
    redis.del("stock")

注意：这里get和del操作在Redis是通过多个命令执行，所以我们需要考虑原子性，如何保证多个命令进行原子性操作，通过上一章我们知道，可以通过lua脚本来保证多个命令的原子性操作，修改为lua脚本如下：

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

通过相关的优化之后，我们通过Redis+lua脚本才能保证Reids分布式锁的加锁和释放锁的正确性。

小结

单机环境，Redis实现分布式锁，可以通过Set命令进行加锁,lua脚本释放锁.关于集群环境Redis如何分布式锁，将在后续的文章进行讲解。

总结

本文对单机环境下，Redis如何实现分布式锁进行了详细的讲解，如有疑问请随时反馈。

Redis如何实现分布式锁(一)

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