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怎樣用Redis Nx方式實現(xiàn)分布式鎖?

更新時間:2023-08-24 來源:黑馬程序員 瀏覽量:

IT培訓(xùn)班

本地鎖只能控制所在虛擬機中的線程同步執(zhí)行,現(xiàn)在要實現(xiàn)分布式環(huán)境下所有虛擬機中的線程去同步執(zhí)行就需要讓多個虛擬機去共用一個鎖,虛擬機可以分布式部署,鎖也可以分布式部署,如下圖:

1692872781339_網(wǎng)關(guān).png

虛擬機都去搶占同一個鎖,鎖是一個單獨的程序提供加鎖、解鎖服務(wù),誰搶到鎖誰去查詢數(shù)據(jù)庫。

該鎖已不屬于某個虛擬機,而是分布式部署,由多個虛擬機所共享,這種鎖叫分布式鎖。

分布式鎖實現(xiàn)方案

實現(xiàn)分布式鎖的方案有很多,常用的如下:

1、基于數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)分布鎖

利用數(shù)據(jù)庫主鍵唯一性的特點,或利用數(shù)據(jù)庫唯一索引的特點,多個線程同時去插入相同的記錄,誰插入成功誰就搶到鎖。

2、基于redis實現(xiàn)鎖

redis提供了分布式鎖的實現(xiàn)方案,比如:SETNX、set nx、redisson等。

拿SETNX舉例說明,SETNX命令的工作過程是去set一個不存在的key,多個線程去設(shè)置同一個key只會有一個線程設(shè)置成功,設(shè)置成功的的線程拿到鎖。

3、使用zookeeper實現(xiàn)

zookeeper是一個分布式協(xié)調(diào)服務(wù),主要解決分布式程序之間的同步的問題。zookeeper的結(jié)構(gòu)類似的文件目錄,多線程向zookeeper創(chuàng)建一個子目錄(節(jié)點)只會有一個創(chuàng)建成功,利用此特點可以實現(xiàn)分布式鎖,誰創(chuàng)建該結(jié)點成功誰就獲得鎖。

Redis NX實現(xiàn)分布式鎖

redis實現(xiàn)分布式鎖的方案可以在redis.cn網(wǎng)站查閱,地址http://www.redis.cn/commands/set.html

使用命令: SET resource-name anystring NX EX max-lock-time 即可實現(xiàn)。

NX:表示key不存在才設(shè)置成功。

EX:設(shè)置過期時間

這里啟動三個ssh客戶端,連接redis: docker exec -it redis redis-cli

先認證: auth redis

同時向三個客戶端發(fā)送測試命令如下:

表示設(shè)置lock001鎖,value為001,過期時間為30秒

Plain Text
SET lock001 001 NX EX 30

命令發(fā)送成功,觀察三個ssh客戶端發(fā)現(xiàn)只有一個設(shè)置成功,其它兩個設(shè)置失敗,設(shè)置成功的請求表示搶到了lock001鎖。

如何在代碼中使用Set nx去實現(xiàn)分布鎖呢?

使用spring-boot-starter-data-redis 提供的api即可實現(xiàn)set nx。添加依賴:

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-pool2</artifactId>
    <version>2.6.2</version>
</dependency>

添加依賴后,在bean中注入restTemplate。我們先分析一段偽代碼如下:

if(緩存中有){

  返回緩存中的數(shù)據(jù)
}else{

  獲取分布式鎖
  if(獲取鎖成功){
       try{
         查詢數(shù)據(jù)庫
      }finally{
         釋放鎖
      }
  }
 
}

1、獲取分布式鎖

使用redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,vaue)獲取鎖。

這里考慮一個問題,當(dāng)set nx一個key/value成功1后,這個key(就是鎖)需要設(shè)置過期時間嗎?

如果不設(shè)置過期時間當(dāng)獲取到了鎖卻沒有執(zhí)行finally這個鎖將會一直存在,其它線程無法獲取這個鎖。所以執(zhí)行set nx時要指定過期時間,即使用如下的命令。

SET resource-name anystring NX EX max-lock-time

具體調(diào)用的方法是:redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(K var1, V var2, long var3, TimeUnit var5)

2、如何釋放鎖

釋放鎖分為兩種情況:key到期自動釋放,手動刪除。

1)key到期自動釋放的方法

因為鎖設(shè)置了過期時間,key到期會自動釋放,但是會存在一個問題就是 查詢數(shù)據(jù)庫等操作還沒有執(zhí)行完時key到期了,此時其它線程就搶到鎖了,最終重復(fù)查詢數(shù)據(jù)庫執(zhí)行了重復(fù)的業(yè)務(wù)操作。

怎么解決這個問題?

可以將key的到期時間設(shè)置的長一些,足以執(zhí)行完成查詢數(shù)據(jù)庫并設(shè)置緩存等相關(guān)操作。

如果這樣效率會低一些,另外這個時間值也不好把控。

2)手動刪除鎖

如果是采用手動刪除鎖可能和key到期自動刪除有所沖突,造成刪除了別人的鎖。

比如:當(dāng)查詢數(shù)據(jù)庫等業(yè)務(wù)還沒有執(zhí)行完時key過期了,此時其它線程占用了鎖,當(dāng)上一個線程執(zhí)行查詢數(shù)據(jù)庫等業(yè)務(wù)操作完成后手動刪除鎖就把其它線程的鎖給刪除了。

要解決這個問題可以采用刪除鎖之前判斷是不是自己設(shè)置的鎖,偽代碼如下:

if(緩存中有){

  返回緩存中的數(shù)據(jù)
}else{

  獲取分布式鎖: set lock 01 NX
  if(獲取鎖成功){
       try{
         查詢數(shù)據(jù)庫
      }finally{
         if(redis.call("get","lock")=="01"){
            釋放鎖: redis.call("del","lock")
         }
         
      }
  }
 
}

以上代碼第11行到13行非原子性,也會導(dǎo)致刪除其它線程的鎖。查看文檔上的說明:http://www.redis.cn/commands/set.html

上述優(yōu)化方法會避免下述場景:a客戶端獲得的鎖(鍵key)已經(jīng)由于過期時間到了被redis服務(wù)器刪除,但是這個時候a客戶端還去執(zhí)行DEL命令。而b客戶端已經(jīng)在a設(shè)置過期時間之后重新獲取了這個同樣key的鎖,那么a執(zhí)行DEL就會釋放了b客戶端加好的鎖。

解鎖腳本的一個例子將類似于以下:

if redis.cal1("get",KEYS[1]) == ARGV[1]
then
    return redis. call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

在調(diào)用setnx命令設(shè)置key/value時,每個線程設(shè)置不一樣的value值,這樣當(dāng)線程去刪除鎖時可以先根據(jù)key查詢出來判斷是不是自己當(dāng)時設(shè)置的vlaue,如果是則刪除。

這整個操作是原子的,實現(xiàn)方法就是去執(zhí)行上邊的lua腳本。

Lua 是一個小巧的腳本語言,redis在2.6版本就支持通過執(zhí)行Lua腳本保證多個命令的原子性。

什么是原子性?

這些指令要么全成功要么全失敗。

以上就是使用Redis Nx方式實現(xiàn)分布式鎖,為了避免刪除別的線程設(shè)置的鎖需要使用redis去執(zhí)行Lua腳本的方式去實現(xiàn),這樣就具有原子性,但是過期時間的值設(shè)置不存在不精確的問題。


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