Redis实现分布式锁的几种方法总结

分布式锁的实现方式及原理

转载自http://www.jb51.net/article/118312.htm

* 在集群等多服务器中经常使用到同步处理一下业务，这是普通的事务是满足不了业务需求，需要分布式锁

*

* 分布式锁的常用3种实现：

*        0.数据库乐观锁实现

*        1.Redis实现  --- 使用redis的setnx()、get()、getset()方法，用于分布式锁，解决死锁问题

 *                2、zookeeper实现

Zookeeper实现

*           参考：http://surlymo.iteye.com/blog/2082684

*              http://www.jb51.net/article/103617.htm

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*              http://www.hollischuang.com/archives/1716?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

1、实现原理：

基于zookeeper瞬时有序节点实现的分布式锁，其主要逻辑如下（该图来自于IBM网站）。大致思想即为：每个客户端对某个功能加锁时，在zookeeper上的与该功能对应的指定节点的目录下，生成一个唯一的瞬时有序节点。判断是否获取锁的方式很简单，只需要判断有序节点中序号最小的一个。当释放锁的时候，只需将这个瞬时节点删除即可。同时，其可以避免服务宕机导致的锁无法释放，而产生的死锁问题。

2、优点

锁安全性高，zk可持久化

3、缺点

性能开销比较高。因为其需要动态产生、销毁瞬时节点来实现锁功能。

4、实现

可以直接采用zookeeper第三方库curator即可方便地实现分布式锁

 

 Redis实现分布式锁的原理：

*  1.通过setnx(lock_timeout)实现，如果设置了锁返回1， 已经有值没有设置成功返回0

*  2.死锁问题：通过实践来判断是否过期，如果已经过期，获取到过期时间get(lockKey)，然后getset(lock_timeout)判断是否和get相同，

*   相同则证明已经加锁成功，因为可能导致多线程同时执行getset(lock_timeout)方法，这可能导致多线程都只需getset后，对于判断加锁成功的线程，

*   再加expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS)过期时间，防止多个线程同时叠加时间，导致锁时效时间翻倍

*  3.针对集群服务器时间不一致问题，可以调用redis的time()获取当前时间

2.Redis分分布式锁的代码实现

  1.定义锁接口

package com.jay.service.redis;

/**
 * Redis分布式锁接口
 * Created by hetiewei on 2017/4/7.
 */
public interface RedisDistributionLock {
  /**
   * 加锁成功，返回加锁时间
   * @param lockKey
   * @param threadName
   * @return
   */
  public long lock(String lockKey, String threadName);

  /**
   * 解锁， 需要更新加锁时间，判断是否有权限
   * @param lockKey
   * @param lockValue
   * @param threadName
   */
  public void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName);

  /**
   * 多服务器集群，使用下面的方法，代替System.currentTimeMillis()，获取redis时间，避免多服务的时间不一致问题！！！
   * @return
   */
  public long currtTimeForRedis();
}

   2.定义锁实现

package com.jay.service.redis.impl;

import com.jay.service.redis.RedisDistributionLock;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.RedisSerializer;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Created by hetiewei on 2017/4/7.
 */
public class RedisLockImpl implements RedisDistributionLock {

  //加锁超时时间，单位毫秒， 即：加锁时间内执行完操作，如果未完成会有并发现象
  private static final long LOCK_TIMEOUT = 5*1000;

  private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(RedisLockImpl.class);

  private StringRedisTemplate redisTemplate;

  public RedisLockImpl(StringRedisTemplate redisTemplate) {
    this.redisTemplate = redisTemplate;
  }

  /**
   * 加锁
   * 取到锁加锁，取不到锁一直等待知道获得锁
   * @param lockKey
   * @param threadName
   * @return
   */
  @Override
  public synchronized long lock(String lockKey, String threadName) {
    LOG.info(threadName+"开始执行加锁");
    while (true){ //循环获取锁
      //锁时间
      Long lock_timeout = currtTimeForRedis()+ LOCK_TIMEOUT +1;
      if (redisTemplate.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
        @Override
        public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
          //定义序列化方式
          RedisSerializer<String> serializer = redisTemplate.getStringSerializer();
          byte[] value = serializer.serialize(lock_timeout.toString());
          boolean flag = redisConnection.setNX(lockKey.getBytes(), value);
          return flag;
        }
      })){
        //如果加锁成功
        LOG.info(threadName +"加锁成功 ++++ 111111");
        //设置超时时间，释放内存
        redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS);
        return lock_timeout;
      }else {
        //获取redis里面的时间
        String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
        Long currt_lock_timeout_str = result==null?null:Long.parseLong(result);
        //锁已经失效
        if (currt_lock_timeout_str != null && currt_lock_timeout_str < System.currentTimeMillis()){
          //判断是否为空，不为空时，说明已经失效，如果被其他线程设置了值，则第二个条件判断无法执行
          //获取上一个锁到期时间，并设置现在的锁到期时间
          Long old_lock_timeout_Str = Long.valueOf(redisTemplate.opsForValue().getAndSet(lockKey, lock_timeout.toString()));
          if (old_lock_timeout_Str != null && old_lock_timeout_Str.equals(currt_lock_timeout_str)){
            //多线程运行时，多个线程签好都到了这里，但只有一个线程的设置值和当前值相同，它才有权利获取锁
            LOG.info(threadName + "加锁成功 ++++ 22222");
            //设置超时间，释放内存
            redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS);

            //返回加锁时间
            return lock_timeout;
          }
        }
      }

      try {
        LOG.info(threadName +"等待加锁， 睡眠100毫秒");
//        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }

  /**
   * 解锁
   * @param lockKey
   * @param lockValue
   * @param threadName
   */
  @Override
  public synchronized void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName) {
    LOG.info(threadName + "执行解锁==========");//正常直接删除 如果异常关闭判断加锁会判断过期时间
    //获取redis中设置的时间
    String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
    Long currt_lock_timeout_str = result ==null?null:Long.valueOf(result);

    //如果是加锁者，则删除锁， 如果不是，则等待自动过期，重新竞争加锁
    if (currt_lock_timeout_str !=null && currt_lock_timeout_str == lockValue){
      redisTemplate.delete(lockKey);
      LOG.info(threadName + "解锁成功------------------");
    }
  }

  /**
   * 多服务器集群，使用下面的方法，代替System.currentTimeMillis()，获取redis时间，避免多服务的时间不一致问题！！！
   * @return
   */
  @Override
  public long currtTimeForRedis(){
    return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Long>() {
      @Override
      public Long doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
        return redisConnection.time();
      }
    });
  }

}

  3.分布式锁验证     

@RestController
@RequestMapping("/distribution/redis")
public class RedisLockController {

  private static final String LOCK_NO = "redis_distribution_lock_no_";

  private static int i = 0;

  private ExecutorService service;

  @Autowired
  private StringRedisTemplate redisTemplate;

  /**
   * 模拟1000个线程同时执行业务，修改资源
   *
   * 使用线程池定义了20个线程
   *
   */
  @GetMapping("lock1")
  public void testRedisDistributionLock1(){

    service = Executors.newFixedThreadPool(20);

    for (int i=0;i<1000;i++){
      service.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
          task(Thread.currentThread().getName());
        }
      });
    }

  }

  @GetMapping("/{key}")
  public String getValue(@PathVariable("key") String key){
    Serializable result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
    return result.toString();
  }

  private void task(String name) {
//    System.out.println(name + "任务执行中"+(i++));

    //创建一个redis分布式锁
    RedisLockImpl redisLock = new RedisLockImpl(redisTemplate);
    //加锁时间
    Long lockTime;
    if ((lockTime = redisLock.lock((LOCK_NO+1)+"", name))!=null){
      //开始执行任务
      System.out.println(name + "任务执行中"+(i++));
      //任务执行完毕 关闭锁
      redisLock.unlock((LOCK_NO+1)+"", lockTime, name);
    }

  }
}