我是码哥，可以叫我靓仔。
这是我们最常用的分布式锁方案，今天码哥给你来一个进阶。
Chaya：「码哥，上次的分布式锁版本虽然好，但是不支持可重入获取锁，还差一点点意思。」
Chaya 别急，今日码哥给你带来一个高性能可重入 Redis 分布式锁解决方案，直捣黄龙，一笑破苍穹。
什么是可重入锁
当一个线程执行一段代码成功获取锁之后，继续执行时，又遇到加锁的代码，可重入性就就保证线程能继续执行，而不可重入就是需要等待锁释放之后，再次获取锁成功，才能继续往下执行。
public synchronized void a() { b(); } public synchronized void b() { // doWork }
假设 X 线程在 a 方法获取锁之后，继续执行 b 方法，如果此时不可重入，线程就必须等待锁释放，再次争抢锁。
锁明明是被 X 线程拥有，却还需要等待自己释放锁，然后再去抢锁，这看起来就很奇怪，我释放我自己~
可重入锁实现原理
Chaya：「Redis String 数据结构无法满足可重入锁，key 表示锁定的资源，value 是客户端唯一标识，可重入没地方放了。」
我们可以使用 Redis hash 结构实现，key 表示被锁的共享资源， hash 结构的 fieldKey 存储客户端唯一标识，fieldKey 的 value 则保存加锁的次数。
图 5-26
加锁原理
可重入锁加锁的过程中有以下场景需要考虑。
- 锁已经被 A 客户端获取，客户端 B 获取锁失败。
- 锁已经被客户端 A 获取，客户端 A 多次执行获取锁操作。
- 锁没有被其他客户端获取，那么此刻获取锁的客户端可以获取成功。
按照之前的经验，多个操作的原子性可以用 lua 脚本实现。可重入锁加锁 lua 脚本如下。
if ((redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) or (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1)) then redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return nil; end; return redis.call('pttl', KEYS[1]);
KEYS[1]是 lockKey 表示获取的锁资源，比如lock:168。ARGV[1]表示表示锁的有效时间（单位毫秒）。ARGV[2]表示客户端唯一标识，在 Redisson 中使用UUID:ThreadID。
下面我来接下是这段脚本的逻辑。
- 锁不存在或者锁存在且值与客户端唯一标识匹配，则执行
'hincrby'和pexpire指令，接着return nil。表示的含义就是锁不存在就设置锁并设置锁重入计数值为 1，设置过期时间；锁存在且唯一标识匹配表明当前加锁请求是锁重入请求，锁从如计数 +1，重新锁超时时间。
redis.call('exists', KEYS[1]) == 0判断锁是否存在，0 表示不存在。redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1)锁存在的话，判断 hash 结构中 fieldKey 与客户端的唯一标识是否相等。相等表示当前加锁请求是锁重入。redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1)将存储在 hash 结构的ARGV[2]的值 +1，不存在则支持成 1。redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1])对KEYS[1]设置超时时间。
锁存在，但是唯一标识不匹配，表明锁被其他线程持有，调用 pttl返回锁剩余的过期时间。
Chaya：「“脚本执行结果返回 nil、锁剩余过期时间有什么目的？”」
当且仅当返回 nil才表示加锁成功；客户端需要感知锁是否成功的结果。
解锁原理
解锁逻辑复杂一些，不仅要保证不能删除别人的锁。还要确保，重入次数为 0 才能解锁。
解锁代码执行方式与加锁类似，三个返回值含义如下。
- 1 代表解锁成功，锁被释放。
- 0 代表可重入次数被减 1。
nil代表其他线程尝试解锁，解锁失败。
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 0) then return nil; end; local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], -1); if (counter > 0) then redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return 0; else redis.call('del', KEYS[1]); return 1; end; return nil;
KEYS[1]是 lockKey，表示锁的资源，比如lock:order:pay。ARGV[1]，锁的超时时间。ARGV[2]，Hash 表的 FieldKey。
首先使用 hexists 判断 Redis 的 Hash 表是否存在 fileKey，如果不存在则直接返回 nil解锁失败。
若存在的情况下，且唯一标识匹配，使用 hincrby 对 fileKey 的值 -1，然后判断计算之后可重入次数。当前值 > 0 表示持有的锁存在重入情况，重新设置超时时间，返回值 1；
若值小于等于 0，表明锁释放了，执行 del释放锁。
Chaya：“可重入锁很好，依然存在的一个问题是：加锁后，业务逻辑执行耗时超过了 lockKey 的过期时间，lockKey 会被 Reids 删除。”
这个时间不能瞎写，一般要根据在测试环境多次测试，然后压测多轮之后，比如计算出接口平均执行时间 200 ms。那么锁的超时时间就放大为平均执行时间的 3~5 倍。
Chaya：“锁的超时时间怎么计算合适呢？”
这个时间不能瞎写，一般要根据在测试环境多次测试，然后压测多轮之后，比如计算出接口平均执行时间 200 ms。那么锁的超时时间就放大为平均执行时间的 3~5 倍。
Chaya：“为啥要放大呢？”
因为如果锁的操作逻辑中有网络 IO 操作、JVM FullGC 等，线上的网络不会总一帆风顺，我们要给网络抖动留有缓冲时间。
Chaya：“有没有完美的方案呢？不管时间怎么设置都不大合适。”
我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程，用来给当前客户端快要过期的锁续航，续命的前提是，得判断是不是当前进程持有的锁，如果不是就不进行续。
如果快要过期，但是业务逻辑还没执行完成，自动对这个锁进行续期，重新设置过期时间。
图 5-27
这就是下一篇我要说的超神方案，加入看门狗机制实现锁自动续期。不过锁自动续期比较复杂，今天的 Redis 可重入分布式锁王者方案已经可以让你称霸武林，接下来上实战。
可重入分布式锁实战
关于 Spring Boot 的环境搭建以及普通分布式锁实战详见上一篇《纠正误区：这才是 SpringBoot Redis 分布式锁的正确实现方式》。今天直接上可重入锁核心代码。
ReentrantDistributedLock
可重入锁由ReentrantDistributedLock标识，它实现 Lock接口，构造方法实现 resourceName 和 StringRedisTemplate 的属性设置。
客户端唯一标识使用uuid:threadId 组成。
public class ReentrantDistributedLock implements Lock { /** * 锁超时时间，默认 30 秒 */ protected long internalLockLeaseTime = 30000; /** * 标识 id */ private final String id = UUID.randomUUID().toString(); /** * 资源名称 */ private final String resourceName; private final List<String> keys = new ArrayList<>(1); /** * Redis 客户端 */ private final StringRedisTemplate redisTemplate; public ReentrantDistributedLock(String resourceName, StringRedisTemplate redisTemplate) { this.resourceName = resourceName; this.redisTemplate = redisTemplate; keys.add(resourceName); } }
加锁 tryLock、lock
tryLock 以阻塞等待 waitTime 时间的方式来尝试获取锁。获取成功则返回 true，反之 false。
与 tryLock不同的是， lock 一直尝试自旋阻塞等待获取分布式锁，直到获取成功为止。而 tryLock 只会阻塞等待 waitTime 时间。
@Override public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException { long time = unit.toMillis(waitTime); long current = System.currentTimeMillis(); long threadId = Thread.currentThread().getId(); // lua 脚本获取锁 Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId); // lock acquired if (ttl == null) { return true; } time -= System.currentTimeMillis() - current; // 等待时间用完，获取锁失败 if (time <= 0) { return false; } // 自旋获取锁 while (true) { long currentTime = System.currentTimeMillis(); ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId); // lock acquired if (ttl == null) { return true; } time -= System.currentTimeMillis() - currentTime; if (time <= 0) { return false; } } } @Override public void lock(long leaseTime, TimeUnit unit) { long threadId = Thread.currentThread().getId(); Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId); // lock acquired if (ttl == null) { return; } do { ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId); // lock acquired } while (ttl != null); } private Long tryAcquire(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) { // 执行 lua 脚本 DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>(LuaScript.reentrantLockScript(), Long.class); return redisTemplate.execute(redisScript, keys, String.valueOf(unit.toMillis(leaseTime)), getRequestId(threadId)); } private String getRequestId(long threadId) { return id + ":" + threadId; }
解锁 unlock
public void unlock() { long threadId = Thread.currentThread().getId(); // 执行 lua 脚本 DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>(LuaScript.reentrantUnlockScript(), Long.class); Long opStatus = redisTemplate.execute(redisScript, keys, String.valueOf(internalLockLeaseTime), getRequestId(threadId)); if (opStatus == null) { throw new IllegalMonitorStateException("attempt to unlock lock, not locked by current thread by node id: " + id + " thread-id: " + threadId); } }
LuaScript
这个脚本就是在讲解可重入分布式锁原理具体逻辑已经解释过，这里就不再重复分析。
public class LuaScript { private LuaScript() { } /** * 可重入分布式锁加锁脚本 * * @return 当且仅当返回 `nil`才表示加锁成功；返回锁剩余过期时间是让客户端感知锁是否成功。 */ public static String reentrantLockScript() { return "if ((redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) " + "or (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1)) then " + "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " + "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " + "return nil; " + "end; " + "return redis.call('pttl', KEYS[1]);"; } /** * 可重入分布式锁解锁脚本 * * @return 当且仅当返回 `nil`才表示解锁成功； */ public static String reentrantUnlockScript() { return "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 0) then " + "return nil;" + "end; " + "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], -1); " + "if (counter > 0) then " + "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " + "return 0; " + "else " + "redis.call('del', KEYS[1]); " + "return 1; " + "end; " + "return nil;"; } }
RedisLockClient
最后，还需要提供一个客户端给方便使用。
@Component public class RedisLockClient { @Autowired private StringRedisTemplate redisTemplate; /** * 获取可重入分布式锁 * @param name * @return */ public Lock getReentrantLock(String name) { return new ReentrantDistributedLock(name, redisTemplate); } }
单元测试走一个，验证下分布式锁是否支持可重入。
@Slf4j @SpringBootTest(classes = RedisApplication.class) public class RedisLockTest { @Autowired private RedisLockClient redisLockClient; @Test public void testTryReentrantLockSuccess() throws InterruptedException { Lock lock = redisLockClient.getReentrantLock("order:pay"); try { boolean isLock = lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS); if (!isLock) { log.warn("加锁失败"); return; } // 重复加锁 reentrant(lock); log.info("业务逻辑执行完成"); } finally { lock.unlock(); } } private void reentrant(Lock lock) throws InterruptedException { try { boolean isLock = lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS); if (!isLock) { log.warn("加锁失败"); return; } log.info("业务逻辑执行完成"); } finally { lock.unlock(); } } }
有两个点需要注意。
- 释放锁的代码一定要放在
finally{}块中。否则一旦执行业务逻辑过程中抛出异常，程序就无法执行释放锁的流程。只能干等着锁超时释放。 - 加锁的代码应该写在
try {}代码中，放在 try 外面的话，如果执行加锁异常（客户端网络连接超时），但是实际指令已经发送到服务端并执行，就会导致没有机会执行解锁的代码。
CHaya：“码哥，这个方案确实很王者，大开眼界，接下来的超神版可以实现看门狗自动续期么？”
鉴于篇幅有限，今天就跟大家介绍 Redis 可重入分布式锁王者方案，关注我，下一篇给你分享、超神版分布式锁解决方案。
下期见~
