Redis分布式锁的原理和实现 (上)

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分布式锁的原理和实现

前言

  我们之前聊过redis的,对基础不了解的可以移步查看一下:

几分钟搞定redis存储session共享——设计实现:https://www.cnblogs.com/xiongze520/p/10333233.html

【原创】详细案例解剖——浅谈Redis缓存的常用5种方式(String,Hash,List,set,SetSorted ):https://www.cnblogs.com/xiongze520/p/10267804.html

  对同一个资源进行操作,单一的缓存读取没问题了,但是存在并发的时候怎么办呢,为了避免数据不一致,我们需要在操作共享资源之前进行加锁操作。

我们在开发很多业务场景会使用到锁,例如库存控制,抽奖,秒杀等。一般我们会使用内存锁的方式来保证线性的执行。

但现在大多站点都会使用分布式部署,那多台服务器间的就必须使用同一个目标来判断锁。分布式与单机情况下最大的不同在于其不是多线程而是多进程。

         图1:分布式站点使用内存锁

 

         图2:分布式站点使用分布式锁

 

当然我们暂时用不了这么复杂的场景,我们就简单访问redis就行。


 

设计(悲观锁/乐观锁)

悲观锁方式(认为操作的时候,会出现问题,所以都加锁)

悲观锁(Pessimistic Lock), 顾名思义,就是很悲观,每次去拿数据的时候都认为别人会修改,

所以每次在拿数据的时候都会上锁,这样别人想拿这个数据就会block直到它拿到锁。

传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。

 

乐观锁方式(认为什么时候不会出问题,所以不上锁,更新的时候去查询判断一下,再此期间是否有人修改过这个数据。)

乐观锁(Optimistic Lock), 顾名思义,就是很乐观,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,

所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号等机制。

乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量,像数据库如果提供类似于write_condition机制的其实都是提供的乐观锁。

 

  两种锁各有优缺点,不可认为一种好于另一种,像乐观锁适用于写比较少的情况下,即冲突真的很少发生的时候,这样可以省去了锁的开销,

加大了系统的整个吞吐量。但如果经常产生冲突,上层应用会不断的进行retry,这样反倒是降低了性能,所以这种情况下用悲观锁就比较合适。


 

Redis三个命令

1、SETNX

SETNX key value:当且仅当key不存在时,set一个key为val的字符串,返回1;若key存在,则什么都不做,返回0。

2、expire

expire key timeout:为key设置一个超时时间,单位为second,超过这个时间锁会自动释放,避免死锁。

3、delete

delete key:删除key

在使用Redis实现分布式锁的时候,主要就会使用到这三个命令。

 

命题:某商品进行库存秒杀。

假设要给某个商品举行秒杀活动,我们事先把库存数据100已经存入到了redis中,我们现在需要来进行库存扣减。

             图3:加锁请求示意图

 


代码实现

我们基于 ServiceStack.Redis 操作

 

我们创建一个控制台应用(.NET Framework),命名为 RedisLock ,注意,如果创建的是net core的应用,引入的ServiceStack.Redis就要选择core的。

然后在NuGet里面安装ServiceStack.Redis。

Redis连接池

 //Redis连接池(配置连接地址,读写连接地址等)
        public static PooledRedisClientManager RedisClientPool = CreateManager();
        private static PooledRedisClientManager CreateManager()
        {
            //写节点(主节点)
            List<string> writes = new List<string>();
            writes.Add("10.17.3.97:6379");  
            //读节点
            List<string> reads = new List<string>();
            reads.Add("10.17.3.97:6379");
            //配置连接池和读写分类
            return new PooledRedisClientManager(writes, reads, new RedisClientManagerConfig()
            {
                MaxReadPoolSize = 50, //读节点个数
                MaxWritePoolSize = 50,//写节点个数
                AutoStart = true,
                DefaultDb = 0
            });
        }

使用Redis的SetNX命令实现加锁

/// <summary>
        /// 加锁(使用Redis的SetNX命令实现加锁)
        /// </summary>
        /// <param name="key">锁key</param>
        /// <param name="selfMark">自己标记</param>
        /// <param name="lockExpirySeconds">锁自动过期时间[默认10](s)</param>
        /// <param name="waitLockMilliseconds">等待锁时间(ms)</param>
        /// <returns></returns>
        public static bool Lock(string key, out string selfMark, int lockExpirySeconds = 10, long waitLockMilliseconds = long.MaxValue)
        {
            DateTime begin = DateTime.Now;
            selfMark = Guid.NewGuid().ToString("N");//自己标记,释放锁时会用到,自己加的锁除非过期否则只能自己打开
            using (RedisClient redisClient = (RedisClient)RedisClientPool.GetClient())
            {
                string lockKey = "Lock:" + key;
                while (true)
                {
                    string script = string.Format("if redis.call('SETNX', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then redis.call('PEXPIRE',KEYS[1],{0}) return 1 else return 0 end", lockExpirySeconds * 1000);
                    //循环获取取锁
                    if (redisClient.ExecLuaAsInt(script, new[] { lockKey }, new[] { selfMark }) == 1)
                    {
                        return true;
                    }
                    //不等待锁则返回
                    if (waitLockMilliseconds == 0)
                    {
                        break;
                    }
                    //超过等待时间,则不再等待
                    if ((DateTime.Now - begin).TotalMilliseconds >= waitLockMilliseconds)
                    {
                        break;
                    }
                    Thread.Sleep(100);
                }
                return false;
            }
        }

因为ServiceStack.Redis提供的SetNX方法,并没有提供设置过期时间的方法,对于加锁业务又不能分开执行(如果加锁成功设置过期时间失败导致的永久死锁问题),所以就使用脚本实现,解决了异常情况死锁问题.

如果设置为0,为乐观锁机制,获取不到锁,直接返回未获取到锁.

默认值为long最大值,为悲观锁机制,约等于很多很多天,可以理解为一直等待.

 

释放锁

/// <summary>
        /// 释放锁
        /// </summary>
        /// <param name="key">锁key</param>
        /// <param name="selfMark">自己标记</param>
        public static void UnLock(string key, string selfMark)
        {
            using (RedisClient redisClient = (RedisClient)RedisClientPool.GetClient())
            {
                string lockKey = "Lock:" + key;
                var script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
                redisClient.ExecLuaAsString(script, new[] { lockKey }, new[] { selfMark });
            }
        }
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