redis分布式锁案例分析

本文涉及的产品
云数据库 Tair(兼容Redis),内存型 2GB
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
简介: redis分布式锁案例分析

Case 1

未使用锁:


    @RequestMapping("/deduct_stock1")
    public String deductStock1() {
        //获取库存值
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
            System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败,库存不足");
        }
        return "end";
    }


假设:key = stock ; value = 500

存在并发问题:会发现如果大量线程同时访问,扣减库存的方法时。在某个很小的时间内。获取的库存都是相同的值500.如果此时有10线程调用该方法时。库存为500, 那么这10个线程执行完过后。库存量就为499.

这就出现超卖问题了。

Case 2


添加Jvm级别的锁: 
    @RequestMapping("/deduct_stock2")
    public String deductStock2() {
        synchronized (this){
            //获取库存值
            int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
            if (stock > 0) {
                int realStock = stock - 1;
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
                System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
            } else {
                System.out.println("扣减失败,库存不足");
            }
        }
        return "end";
    }


synchronized 此时如果当前的项目是部署在单机上的(只部署在一台服务器上),那就可以实现一个。如果是集群,锁的生效只有在当前服务器的进程上生效。

Case 3

使用redis中的setnx();设计一个简单的入门级别分布式


    /**
     *  使用redis中的setnx();设计一个简单的入门级别分布式锁
     *  
     * @return
     */
    @RequestMapping("/deduct_stock3")
    public String deductStock3() {
        String localKey = "lock:product:0001";
        Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, "true");
        if (!aBoolean){
            return "当前系统繁忙";
        }
        try{
            //获取库存值
            int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
            if (stock > 0) {
                int realStock = stock - 1;
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
                System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
            } else {
                System.out.println("扣减失败,库存不足");
            }
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(localKey);
        }
        return "end";
    }


存在的问题:

如果中间的任何一个一部分逻辑抛出了异常,那么就不会执行delete(localKey);的操作。那之后所有的线程都将加锁不成功。也就不会执行后面的业务代码。

优化:

在finally{}中进行delete(localKey)操作。

存在问题:

锁没有释放,宕机了的情况

Case 4

解决case3中存在的宕机没有释放锁的问题


    @RequestMapping("/deduct_stock4")
    public String deductStock4() {
        String localKey = "lock:product:0001";
        Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, "true");
        stringRedisTemplate.expire(localKey,10,TimeUnit.SECONDS);
        if (!aBoolean){
            return "当前系统繁忙";
        }
        try{
            //获取库存值
            int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
            if (stock > 0) {
                int realStock = stock - 1;
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
                System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
            } else {
                System.out.println("扣减失败,库存不足");
            }
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(localKey);
        }
        return "end";
    }


设置一个过期时间:

存在的问题:存在原子性问题。

原因:还没有执行到expire()时就宕机了


Case 5

解决枷锁时的原子性问题

解决办法:在枷锁时就设置超时时间,也就是枷锁和设置超时时间是原子操作


    @RequestMapping("/deduct_stock5")
    public String deductStock5() {
        String localKey = "lock:product:0001";
        //这条命令能够保证原子性
        Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, "true",10,TimeUnit.SECONDS);
        if (!aBoolean){
            return "当前系统繁忙";
        }
        try{
            //获取库存值
            int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
            if (stock > 0) {
                int realStock = stock - 1;
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
                System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
            } else {
                System.out.println("扣减失败,库存不足");
            }
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(localKey);
        }
        return "end";
    }


存在问题:如果系统并发量不是特别的大,问题不大。并发特别大的时候依然存在超卖问题。

高并发(每秒几千上万访问量)的场景下存在严重的并发问题:

lock-------------- > -----------delete

假设某个请求A的时间超过了超时时间(10s)(锁失效了),此时该线程A还没有执行delete方法。

另一个线程B这时候就可以加锁成功了,但是这时候线程A执行了delete方法。但是这时候线程A释放的锁是线程B的。

这时候在极端情况下就会出现 请求A释放请求B的锁,B释放C的,C释放D的,… 最后就会导致大量的超卖问题。

Case 6

该如何解决 deductStock5()中存在的问题。

分析:问题存在的根本原因就是在执行delete方法的时候。自己的锁被其他的线程释放了。

解决办法:给每个线程生成一个唯一id.例如使用uuid. 在最后释放锁的时候判断是否是自己的锁。如果是自己的才释放。

注意:不要使用线程id,不同的服务器可能有相同的线程id


    @RequestMapping("/deduct_stock6")
    public String deductStock6() {
        String localKey = "lock:product:0001";
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        //这条命令能够保证原子性
        Boolean aBoolean = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(localKey, uuid,10,TimeUnit.SECONDS);
        if (!aBoolean){
            return "当前系统繁忙";
        }
        try{
            //获取库存值
            int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
            if (stock > 0) {
                int realStock = stock - 1;
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
                System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
            } else {
                System.out.println("扣减失败,库存不足");
            }
        }finally {
            if (uuid.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(localKey))){
                stringRedisTemplate.delete(localKey);
            }
        }
        return "end";
    }


存在问题:存在原子性问题


            if (uuid.equals(stringRedisTemplate.opsForValue().get(localKey))){
            // 
                stringRedisTemplate.delete(localKey);
            }


上面的代码中不是原子的。在当前线程执行完if判断却还没有执行delete操作的时候。当前锁过期了。

又可能会出现超卖问题。当前的线程释放了其他线程的锁


解决方式:

1.锁续命(实现不容易)

使用一个分线程,使用定时任务,每过一段时间,判断业务的主线程有没有结束(是否还加着锁)。如果还加着锁,将锁的超时时间重新设置。

2.使用现成的 例如redisson

Case 7


    @RequestMapping("/deduct_stock7")
    public String deductStock7() {
        String lockKey = "lock:product:0001";
        //获取锁对象
        RLock redissonLock = redisson.getLock(lockKey);
        //加分布式锁
        redissonLock.lock();
        try {
            int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock")); // jedis.get("stock")
            if (stock > 0) {
                int realStock = stock - 1;
                stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + ""); // jedis.set(key,value)
                System.out.println("扣减成功,剩余库存:" + realStock);
            } else {
                System.out.println("扣减失败,库存不足");
            }
        } finally {
            //解锁
            redissonLock.unlock();
        }
        return "end";
    }


核心使用lua脚本


    <T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
        internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
        return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
                  "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
                      "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                      "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                      "return nil; " +
                  "end; " +
                  "if (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]);",
                    Collections.<Object>singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
    }


Redis Lua脚本


Redis在2.6推出了脚本功能,允许开发者使用Lua语言编写脚本传到Redis中执行。使用脚本的好处如下:


1、减少网络开销:本来5次网络请求的操作,可以用一个请求完成,原先5次请求的逻辑放在redis服务器上完成。使用脚本,减少了网络往返时延。这点跟管道类似。

2、原子操作:Redis会将整个脚本作为一个整体执行,中间不会被其他命令插入。管道不是原子的,不过redis的批量操作命令(类似mset)是原子的。

3、替代redis的事务功能:redis自带的事务功能很鸡肋,而redis的lua脚本几乎实现了常规的事务功能,官方推荐如果要使用redis的事务功能可以用redis lua替代。


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