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教你一招:基于Redis实现一个分布式锁

一、为什么需要分布式锁?

在开始讲分布式锁之前,有必要简单介绍一下,为什么需要分布式锁?

与分布式锁相对应的是「单机锁」,我们在写多线程程序时,避免同时操作一个共享变量产生数据问题,通常会使用一把锁来「互斥」,以保证共享变量的正确性,其使用范围是在「同一个进程」中。

如果换做是多个进程,需要同时操作一个共享资源,如何互斥呢?

例如,现在的业务应用通常都是微服务架构,这也意味着一个应用会部署多个进程,那这多个进程如果需要修改 MySQL 中的同一行记录时,为了避免操作乱序导致数据错误,此时,我们就需要引入「分布式锁」来解决这个问题了。

想要实现分布式锁,必须借助一个外部系统,所有进程都去这个系统上申请「加锁」。

而这个外部系统,必须要实现「互斥」的能力,即两个请求同时进来,只会给一个进程返回成功,另一个返回失败(或等待)。

这个外部系统,可以是 MySQL,也可以是 Redis 或 Zookeeper。但为了追求更好的性能,我们通常会选择使用 Redis 或 Zookeeper 来做。

下面我就以 Redis 为主线,由浅入深,带你深度剖析一下,分布式锁的各种「安全性」问题,帮你彻底理解分布式锁。

二、分布式锁怎么实现?

我们从最简单的开始讲起。

想要实现分布式锁,必须要求 Redis 有「互斥」的能力,我们可以使用 SETNX 命令,这个命令表示SET if Not eXists,即如果 key 不存在,才会设置它的值,否则什么也不做。

两个客户端进程可以执行这个命令,达到互斥,就可以实现一个分布式锁。

客户端 1 申请加锁,加锁成功:

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1
(integer) 1     // 客户端1,加锁成功

客户端 2 申请加锁,因为后到达,加锁失败:

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1
(integer) 0     // 客户端2,加锁失败

此时,加锁成功的客户端,就可以去操作「共享资源」,例如,修改 MySQL 的某一行数据,或者调用一个 API 请求。

操作完成后,还要及时释放锁,给后来者让出操作共享资源的机会。如何释放锁呢?

也很简单,直接使用 DEL 命令删除这个 key 即可:

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

这个逻辑非常简单,整体的路程就是这样:

但是,它存在一个很大的问题,当客户端 1 拿到锁后,如果发生下面的场景,就会造成「死锁」:

程序处理业务逻辑异常,没及时释放锁

进程挂了,没机会释放锁

这时,这个客户端就会一直占用这个锁,而其它客户端就「永远」拿不到这把锁了。

怎么解决这个问题呢?

三、如何避免死锁?

我们很容易想到的方案是,在申请锁时,给这把锁设置一个「租期」。

在 Redis 中实现时,就是给这个 key 设置一个「过期时间」。这里我们假设,操作共享资源的时间不会超过 10s,那么在加锁时,给这个 key 设置 10s 过期即可:

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1    // 加锁
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXPIRE lock 10  // 10s后自动过期
(integer) 1

这样一来,无论客户端是否异常,这个锁都可以在 10s 后被「自动释放」,其它客户端依旧可以拿到锁。

疑问脸,但这样真的没问题吗?

还是有问题。

现在的操作,加锁、设置过期是 2 条命令,有没有可能只执行了第一条,第二条却「来不及」执行的情况发生呢?例如:

  • 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

总之,这两条命令不能保证是原子操作(一起成功),就有潜在的风险导致过期时间设置失败,依旧发生「死锁」问题。

那怎么办呢?

在 Redis 2.6.12 版本之前,我们需要想尽办法,保证 SETNX 和 EXPIRE 原子性执行,还要考虑各种异常情况如何处理。

但在 Redis 2.6.12 之后,Redis 扩展了 SET 命令的参数,用这一条命令就可以了:

// 一条命令保证原子性执行
127.0.0.1:6379> SET lock 1 EX 10 NX
OK

这样就解决了死锁问题,也比较简单。

本文原创地址:https://www.linuxprobe.com/redis-distribut-lock.html编辑:姜 一 一,审核员:逄增宝

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