Redis实现分布式锁详解

“纵有疾风来，人生不言弃”，这句话送给正在学习数据库的朋友们，也希望在阅读本文《Redis实现分布式锁详解》后，能够真的帮助到大家。我也会在后续的文章中，陆续更新数据库相关的技术文章，有好的建议欢迎大家在评论留言，非常感谢！

一、前言

为什么需要分布式锁？

在我们的日常开发中，一个进程中当多线程的去竞争某一资源的时候，我们通常会用一把锁来保证只有一个线程获取到资源。如加上synchronize关键字或ReentrantLock锁等操作。

那么，如果是多个进程相互竞争一个资源，如何保证资源只会被一个操作者持有呢？

例如：微服务的架构下，多个应用服务要同时对同一条数据做修改，那么要确保数据的正确性，就只能有一个应用修改成功。

server1、server2、server3 这三个服务都要修改amount这个数据，每个服务更新的值不同，为了保证数据的正确性，三个服务都向lock server服务申请修改权限，最终server2拿到了修改权限，即server2将amount更新为2，其他服务由于没有获取到修改权限则返回更新失败。

二、基于redis实现分布式锁

为什么redis可以实现分布式锁？

因为redis是一个单独的非业务服务，不会受到其他业务服务的限制，所有的业务服务都可以向redis发送写入命令，且只有一个业务服务可以写入命令成功，那么这个写入命令成功的服务即获得了锁，可以进行后续对资源的操作，其他未写入成功的服务，则进行其他处理。

如何实现？

redis的String类型就可以实现。

锁的获取

setnx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。

两个客户端同时向redis写入try_lock，客户端1写入成功，即获取分布式锁成功。客户端2写入失败，则获取分布式锁失败。

锁的释放

当客户端1操作完后，释放锁资源，即删除try_lock。那么此时客户端2再次尝试获取锁时，则会获取锁成功。

那么这样分布式锁就这样结束了？不不不，现实往往有很多情况出现。

假如客户端1在获取到锁资源后，服务宕机了，那么这个try_lock会一直存在redis中，那么其他服务就永远无法获取到锁了。

如何解决这个问题呢？

三、如何避免死锁？锁的过期时间如何设置？

避免死锁

设置键过期时间，超过这个时间即给key删除掉。

这样的话，就算当前服务获取到锁后宕机了，这个key也会在一定时间后被删除，其他服务照样可以继续获取锁。

给serverLock键设置一个10秒的过期时间，10秒后会自动删除该键。

这样虽然解决了上面说的问题，但是又会引入新的问题。

假如服务A加锁成功，锁会在10s后自动释放，但由于业务复杂，执行时间过长，10s内还没执行完，此时锁已经被redis自动释放掉了。此时服务B就重新获取到了该锁，服务B开始执行他的业务，服务A在执行到第12s的时候执行完了，那么服务A会去释放锁，则此时释放的却是服务B刚获取到的锁。

这会有锁过期和释放其他服务锁这种严重的问题。

锁过期处理

那么锁过期这种问题该如何处理的？

虽然可以通过增加删除key时间来处理这个问题，但是并没有从根本上解决。假设设个100s，绝大多数都是1s后就会释放锁，但是由于服务宕机，则会导致100s内其他服务都无法获取到锁，这也是灾难性的。

我们可以这样做，在锁将要过期的时候，如果服务还没有处理完业务，那么将这个锁再续一段时间。比如设置key在10s后过期，那么再开启一个守护线程，在第8s的时候检测服务是否处理完，如果没有，则将这个key再续10s后过期。

在Redisson（Redis SDK客户端）中，就已经帮我们实现了这个功能，这个自动续时的我们称其为”看门狗”。

释放其他服务的锁如何处理呢？

每个服务在设置value的时候，带上自己服务的唯一标识，如UUID，或者一些业务上的独特标识。这样在删除key的时候，只删除自己服务之前添加的key就可以了。

如果需要先查看锁是否是自己服务添加的，需要先get取出来判断，然后再进行del。这样的话就无法保证原子性了。

我们可以通过Lua脚本，将这两个操作合并成一个操作，就可以保证其原子性了。

Lua脚本的话，我也不会，用到的时候百度就完了。

如果是在单redis实例的情况下，上面的已经完全实现了分布式锁的功能了。

那么redis宕机了呢？

这个时候就得引入redis集群了。

但是涉及到redis集群，就会有新的问题出现，假设是主从集群，且主从数据并不是强一致性。当主节点宕机后，主节点的数据还未来得及同步到从节点，进行主从切换后，新的主节点并没有老的主节点的全部数据，这就会导致刚写入到老的主节点的锁在新的主节点并没有，其他服务来获取锁时还是会加锁成功。此时则会有2个服务都可以操作公共资源，此时的分布式锁则是不安全的。

redis的作者也想到这个问题，于是他发明了RedLock。

四、RedLock

什么是RedLock？

要实现RedLock，需要至少5个实例（官方推荐），且每个实例都是master，不需要从库和哨兵。

实现流程

1、客户端先获取当前时间戳T1

2、客户端依次向5个master实例发起加锁命令，且每个请求都会设置超时时间（毫秒级，注意：不是锁的超时时间），如果某一个master实例由于网络等原因导致加锁失败，则立即想下一个master实例申请加锁。

3、当客户端加锁成功的请求大于等于3个时，且再次获取当前时间戳T2，

当时间戳T2 - 时间戳T1

4、加锁成功，开始操作公共资源，进行后续业务操作

5、加锁失败，向所有redis节点发送锁释放命令

即当客户端在大多数redis实例上申请加锁成功后，且加锁总耗时小于锁过期时间，则认为加锁成功。 

 释放锁需要向全部节点发送锁释放命令。

第3步为啥要计算申请锁前后的总耗时与锁释放时间进行对比呢?

因为如果申请锁的总耗时已经超过了锁释放时间，那么可能前面申请redis的锁已经被释放掉了，保证不了大于等于3个实例都有锁存在了，锁也就没有意义了

这样的话分布式锁就真的没问题了嘛？

1、得5个redis实例，成本大大增加

2、可以通过上面的流程感受到，这个RedLock锁太重了

3、主从切换这种场景绝大多数的时候不会碰到，偶尔碰到的话，保证最终的兜底操作我觉得也没啥问题。

4、分布式系统中的NPC问题

分布式系统中的NPC问题

（可不是游戏里的NPC提问哦）

N：Network Delay，网络延迟

P：Process Pause，进程暂停（GC）

C：Clock Drift，时钟漂移

举个例子吧：

1、客户端 1 请求锁定节点 A、B、C、D、E

2、客户端 1 的拿到锁后，进入 GC（时间比较久）

3、所有 Redis 节点上的锁都过期了

4、客户端 2 获取到了 A、B、C、D、E 上的锁

5、客户端 1 GC 结束，认为成功获取锁

6、客户端 2 也认为获取到了锁，发生【冲突】

在第2步已经成功获取到锁后，由于GC时间超过锁过期时间，导致GC完成后其他客户端也能够获取到锁，此时2个客户端都会持有锁。就会有问题。

这个问题无论是redlock还是zookeeper都会有这种问题。不做业务上的兜底操作就没得解。

时钟漂移问题也只能是尽量避免吧。无法做到根本解决。

个人思考

用RedLock觉得性价比很低。原因如下

1、得额外的多台服务器部署redis，每台服务器可都是钱啊，而且部署和运维的成本也增加了。

2、用RedLock感觉太重了，效率会很低，既然用了redis，就是为了提升效率，结果一个锁大大降低了效率

3、如果在集群情况下有锁丢失的情况，我们业务上做好兜底操作就可以了，可以不用上RedLock。

4、毕竟集群情况下主从切换的场景还是极少的，为了极少的情况去浪费大量的性能，感觉划不来

5、就算是上了RedLock，也是避免不了NPC问题的，还不是得业务上做兜底。

聊了这么多的redis实现分布式锁。也简单了解下zookeeper是如何实现分布式锁的吧。

五、基于zookeeper实现分布式锁

什么是zookeeper（zk）？

zk是一个分布式协调服务，功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。

zk的数据结构跟Unix文件系统类似。是一颗树形结构，这里不做详细介绍。

zookeeper节点介绍

zk的节点称之为znode节点，znode节点分两种类型：

1、临时节点（Ephemeral）:当客户端与服务器断开连接后，临时znode节点就会被自动删除

2、持久节点（Persistent）:当客户端与服务器断开连接后，持久znode节点不会被自动删除

znode节点还有一些特性：

1、节点有序：在一个父节点下创建子节点，zk提供了一个可选的有序性，创建子节点时会根据当前子节点数量给节点名添加序号。例：/root下创建/java，生成的节点名称则为java0001，/root/java0001。

2、临时节点：当会话结束或超时，自动删除节点

3、事件监听：当节点有创建，删除，数据修改，子节点变更的时候，zk会通知客户端的。

zookeeper分布式锁的实现

zookeeper就是通过临时节点和节点有序来实现分布式锁的。

1、每个获取锁的线程会在zk的某一个目录下创建一个临时有序的节点。

2、节点创建成功后，判断当前线程创建的节点的序号是否是最小的。

3、如果序号是最小的，那么获取锁成功。

 4、如果序号不是最小的，则对他序号的前一个节点添加事件监听。如果前一个节点被删了（锁被释放了），那么就会唤醒当前节点，则成功获取到锁。

六、zookeepe和redisr两者的优缺

zookeeper

优点：

1、不用设置过期时间

2、事件监听机制，加锁失败后，可以等待锁释放

缺点：

1、性能不如redis

2、当网络不稳定时，可能会有多个节点同时获取锁问题。例：node1由于网络波动，导致zk将其删除，刚好node2获取到锁，那么此时node1和node2两者都会获取到锁。

Redis

优点：性能上比较好，天然的支持高并发

缺点：

1、获取锁失败后，得轮询的去获取锁

2、大多数情况下redis无法保证数据强一致性

七、那么实际的工作中，该如何选择呢?

比如我来说，很简单，没得选，就Redis，为啥？因为公司没有用zk。

具体如何选择，还是得看公司是否有使用相应的中间件。

如果两种公司都有使用，那就具体的看业务场景了，看是基于性能考虑还是其他方面的考虑。

如果用redis的话，个人觉得没必要上RedLock，感觉性价比太低。

但是要注意的是，无论哪一种，在极端的情况下，都会有锁失效或锁冲突的情况出现，因此业务上，设计上要有兜底的方案，不要造成不必要的损失。

本文中没有通过代码来实现分布式锁，只是提供了方向和思路，以及要注意的地方。至于具体如何通过代码实现，Java的话有Redisson封装好了大部分功能，使用起来也比较简单，大家可以参考相应的文档即可。

今天关于《Redis实现分布式锁详解》的内容介绍就到此结束，如果有什么疑问或者建议，可以在golang学习网公众号下多多回复交流；文中若有不正之处，也希望回复留言以告知！