🌟前言
Redis分布式锁作为非常重要的知识点，在工作或者面试中是必不可少的。经过一段时间的学习，本文就带大家分析分布式锁中存在的坑，学会如何设计Redis分布式锁。
🌟什么是分布式锁
在单机架构中，解决线程安全问题的方案是单机锁，这种锁只能锁当前进程。在分布式结构下，是不能解决线程安全问题的，所以引入了分布式锁的概念来作为中央管理锁，通过中央管理锁来管理各个线程的权限以此来解决线程安全问题,保证同一时刻同一客户端只能有一个线程操作共享资源这个中央管理锁也就是分布式锁，通常分布式锁可以由Redis、Zookeeper实现。
这个就类似于在单机架构中实现token认证很容易，但是在分布式结构下实现token认证就要解决所有服务器的一致性问题，那就引入了中央token认证服务器来统一管理分布式中的token。
通过对以上两个问题的理解，解决分布式下线程安全问题与token认证问题，都使用了中央管理的思想。
🌟如何设计分布式锁
上一节知道了使用Redis分布式锁来解决线程安全问题，那么你知道如何设计一个分布式锁吗？
- 互斥性。在分布式架构中，要保证同一时刻同一个线程只能在一台客户端操作共享资源。
- 系统容错性或者锁释放。锁要及时释放，避免其他线程获取不到锁导致系统崩溃。
- 可重入性。同一线程内，外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然可以获取到该锁。防止同一线程重复获取锁。
- 锁归属。防止线程误删其他线程锁。
🌟死锁问题
SETNX：如果redis中存在当前键，则不创建返回0；不存在，则创建返回1。
使用SETNX+EXPIRE组合来实现Redis分布式锁。使用SETNX加锁，之后使用EXPIRE设置锁过期时间，释放锁时采用DEL命令释放。
问题分析
原子性无法保证造成死锁问题：加锁时，由两条指令进行组合，而Redis每条指令是原子性的，多条指令并不能保证原子性。假如，执行完前置指令SETNX后中途出现异常导致EXPIRE命令无法执行或者导致DEL无法执行，是不是就能导致锁永不过期或者无法释放。这就造成了其他线程无法再获取到锁，也就是死锁问题。
生活场景分析：某不知名旅游景点公共卫生间坑位(共享资源)紧张只能保证一人上厕所且每人只能上10分钟（同一时刻同一线程），游客上厕所需要提前刷厕所外的入厕卡（锁），结束之后需要再次刷卡。假如，小明得到了卡，但是他今天拉肚子或者便秘，进去了十分钟还没有结束，公共卫生间外边的人越来越多就会导致旅游景点瘫痪。（死锁）
问题总结
原子性问题、锁得不到释放造成的死锁问题。
伪代码
//加锁 boolean flag=setnx(key,value); //是否获取到锁 if(flag){ //设置过期时间 expire(key,30,Timeout.seconds); try{ //业务逻辑 }finally{ del(key); } }else{ //继续获取锁 }
🌟锁误删除问题、锁过期释放问题
因为存在原子性引发的死锁问题。恰巧Redis中的SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]是一个原子命令，它可以设置key的同时，设置过期时间。
问题分析
锁误删除问题：虽然解决了原子性无法保证引发的死锁问题，但是想一想锁的过期时间与线程处理能力能否匹配的问题。假如，线程A正在处理业务，由于网络原因或者本身处理能力导致业务没有处理完，锁就过期自动释放了。此时，线程B尝试获取锁，正好获取到了锁，而这时线程A处理完业务手动释放了锁，但是这个锁是线程B的啊。是不是问题就来了！
场景分析
还按上述的例子。公示了新的入厕规定。此时公共卫生间外设计一个按钮，入厕时需要按一下这个按钮，按钮按下显示倒计时，10分钟过后时间重置为0或者由入厕者结束后按下重置为0。假如，小明进去上厕所但是因为便秘十分钟还没结束，这时厕所外倒计时已经为0，小李这时一看倒计时为0便按下按钮进去了，恰好这时小明结束出来了直接按了按钮，倒计时瞬间清0，那不是小李按的吗？
问题总结
锁误删问题、锁过期问题、加锁设置过期时间和删除锁是非原子性
伪代码
//加锁 boolean flag=set(key,value);--setIfabsent //是否获取到锁 if(flag){ //设置过期时间 expire(key,30,Timeout.seconds); try{ //业务逻辑 }finally{ del(key); } }else{ //继续获取锁 }
🌟加锁和释放锁非原子性问题
上一节中分析了相关问题在于没有区分锁归谁的问题以及加锁和释放锁非原子性问题。这里使用Lua脚本来解决。
问题分析
虽然这个方法可以解决锁误删问题，但是并没有解决锁过期但是业务没有执行完的问题。想要解决锁过期问题，可以了解Redisson框架中的看门狗机制。
伪代码
//获取用户id String userId=User.getId(); key="lock"; //加锁 boolean flag=set(key,value);--setIfabsent //lua脚本 String script = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end "; //是否获取到锁 if(flag){ //设置过期时间 expire(key,30,Timeout.seconds); try{ //业务逻辑 }finally{ //结合lua脚本释放锁 Long result= stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script,Long.class), Arrays.asList(key),userId); } }else{ //继续获取锁 }
🌟总结
通过上述存在的问题分析，可以得出在设计分布式锁时要学会如何避免死锁问题、锁误删问题、加锁和设置过期时间以及释放锁间的原子性问题、锁的自动续期问题。
🌟写在最后
有关于分析分布式锁中存在的坑，学会如何设计Redis分布式锁到此就结束了。感谢大家的阅读，希望大家在评论区对此部分内容散发讨论，便于学到更多的知识。
