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高并发架构系列:分布式锁的由来、特点、及Redis分布式锁的实现详解

Java 优知学院陈睿 3个月前 (12-20) 1387次浏览 0个评论 扫描二维码

高并发架构系列:什么是分布式锁?Redis实现分布式锁详解

在很多场景中,我们为了保证数据的最终一致性,需要很多的技术方案来支持,比如分布式事务、分布式锁等。那具体什么是分布式锁,分布式锁应用在哪些业务场景、如何来实现分布式锁呢?今天来探讨分布式锁这个话题。

什么是分布式锁

要介绍分布式锁,首先要提到与分布式锁相对应的是线程锁、进程锁。

1.线程锁

主要用来给方法、代码块加锁。当某个方法或代码使用锁,在同一时刻仅有一个线程执行该方法或该代码段。线程锁只在同一JVM中有效果,因为线程锁的实现在根本上是依靠线程之间共享内存实现的,比如Synchronized、Lock等。

2.进程锁

为了控制同一操作系统中多个进程访问某个共享资源,因为进程具有独立性,各个进程无法访问其他进程的资源,因此无法通过synchronized等线程锁实现进程锁。

3.分布式锁

当多个进程不在同一个系统中,用分布式锁控制多个进程对资源的访问。

分布式锁的由来

在传统单机部署的情况下,可以使用Java并发处理相关的API(如ReentrantLcok或synchronized)进行互斥控制。

但是在分布式系统后,由于分布式系统多线程、多进程并且分布在不同机器上,这将使原单机并发控制锁策略失效,为了解决这个问题就需要一种跨JVM的互斥机制来控制共享资源的访问,这就是分布式锁的由来。

当多个进程不在同一个系统中,就需要用分布式锁控制多个进程对资源的访问。

分布式锁的特点

首先,为了确保分布式锁可用,我们至少要确保锁的实现同时满足以下四个条件:

1、互斥性:任意时刻,只能有一个客户端获取锁,不能同时有两个客户端获取到锁。

2、安全性:锁只能被持有该锁的客户端删除,不能由其它客户端删除。

3、死锁:获取锁的客户端因为某些原因(如down机等)而未能释放锁,其它客户端再也无法获取到该锁。

4、容错:当部分节点(redis节点等)down机时,客户端仍然能够获取锁和释放锁。

分布式锁的具体实现

高并发架构系列:什么是分布式锁?Redis实现分布式锁详解


分布式锁一般有三种实现方式:

1. 数据库乐观锁;

2. 基于ZooKeeper的分布式锁;

3.基于Redis的分布式锁;


Redis实现分布式锁

基于Redis命令:SET key value NX EX max-lock-time

这里补充下: 从2.6.12版本后, 就可以使用set来获取锁, Lua 脚本来释放锁。setnx是老黄历了,set命令nx,xx等参数, 是为了实现 setnx 的功能。

1.加锁

public class RedisTool {

private static final String LOCK_SUCCESS = “OK”;

private static final String SET_IF_NOT_EXIST = “NX”;

private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = “PX”;

/**

* 尝试获取分布式锁

* @param jedis Redis客户端

* @param lockKey 锁

* @param requestId 请求标识

* @param expireTime 超期时间

* @return 是否获取成功

*/

public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) {

String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);
if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {return true;}return false;}

}

jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)

这个set()方法一共有五个形参:

第一个为key,我们使用key来当锁,因为key是唯一的。

第二个为value,我们传的是requestId,很多童鞋可能不明白,有key作为锁不就够了吗,为什么还要用到value?原因就是我们在上面讲到可靠性时,分布式锁要满足第四个条件解铃还须系铃人,通过给value赋值为requestId,我们就知道这把锁是哪个请求加的了,在解锁的时候就可以有依据。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。

第三个为nxxx,这个参数我们填的是NX,意思是SET IF NOT EXIST,即当key不存在时,我们进行set操作;若key已经存在,则不做任何操作;

第四个为expx,这个参数我们传的是PX,意思是我们要给这个key加一个过期的设置,具体时间由第五个参数决定。

第五个为time,与第四个参数相呼应,代表key的过期时间。

总的来说,执行上面的set()方法就只会导致两种结果:1. 当前没有锁(key不存在),那么就进行加锁操作,并对锁设置个有效期,同时value表示加锁的客户端。2. 已有锁存在,不做任何操作。

2.解锁

public class RedisTool {

private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;

/**

* 释放分布式锁

* @param jedis Redis客户端

* @param lockKey 锁

* @param requestId 请求标识

* @return 是否释放成功

*/

public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) {

String script = “if redis.call(‘get’, KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call(‘del’, KEYS[1]) else return 0 end”;
Object
result = jedis.eval(script,
Collections.singletonList(lockKey),Collections.singletonList(requestId));if
(RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {return true;}return false;}

}

那么这段Lua代码的功能是什么呢?其实很简单,首先获取锁对应的value值,检查是否与requestId相等,如果相等则删除锁(解锁)。

以上就是redis实现分布式锁详解,除此之外,也可以使用Redission(Redis 的客户端)集成进来实现分布式锁,也可以使用数据库等,具体可以参考:

阿里P8架构师谈:分布式锁的3种实现(数据库、缓存、Zookeeper)


本文标题:高并发架构系列:分布式锁的由来、特点、及Redis分布式锁的实现详解
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优知学院陈睿
关于作者:
优知学院创始人,10+互联网从业经验,曾先后就职于淘宝、盛大、百度、携程,历程高级研发工程师、架构师、研发经理、事业部CTO,擅长架构设计、产品设计、产品运营。
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