【Redis】5、Redis 的分布式锁、Lua 脚本保证 Redis 命令的原子性

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简介: 【Redis】5、Redis 的分布式锁、Lua 脚本保证 Redis 命令的原子性


一、分布式锁实现原理

🎄 分布式锁:满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的

二、不同的分布式锁实现方案

🎄 分布式锁的核心是实现多进程之间锁的互斥,而满足这一点的方式有很多,常见的有三种:

三、Redis 的 setnx 实现互斥锁



🎄锁获取了,还没有来得及设置过期时间服务器就宕机了

🎄保证 setnx(获取锁)和 expire 设置过期时间两个操作是原子性的

四、基于 Redis 实现分布式锁初级版

🎄 需求:定义一个类,实现下面的接口,利用 Redis 实现分布式锁功能

public interface LockInter {
    /**
     * 尝试获取锁
     *
     * @param ttlSecond 锁的过期时间
     * @return true: 成功获取锁; false: 获取锁失败
     */
    boolean tryLock(long ttlSecond);
    /**
     * 释放锁
     */
    void unlock();
}
public class LockImplV1 implements LockInter {
    private String name; // 和业务相关的锁的名字
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static final String LOCK_KEY_PREFIX = "lock:";
    public LockImplV1(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }
    @Override
    public boolean tryLock(long ttlSecond) {
        String key = LOCK_KEY_PREFIX + name;
        // value 里面放当前线程的唯一标识(线程 ID)
        String val = Thread.currentThread().getId() + "";
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,
                val,
                ttlSecond,
                TimeUnit.SECONDS);
        // Boolean -- boolean 会自动拆箱
        // 当 success 为 null 的时候会抛异常
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }
    @Override
    public void unlock() {
        stringRedisTemplate.delete(LOCK_KEY_PREFIX + name);
    }
}

五、误删锁问题(业务阻塞导致)


需求:修改之前的分布式锁实现,满足:

  • 在获取锁时存入线程标识(可以用 UUID 表示)
  • 在释放锁时先获取锁中的线程标识,判断是否与当前线程标识一致
    ① 如果一致则释放锁
    ② 如果不一致则不释放锁

要用 UUID,避免线程 ID 重复

public class LockImplV2 implements LockInter {
    private String name; // 和业务相关的锁的名字
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static final String LOCK_KEY_PREFIX = "lock:";
    private static final String UNIQUE_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true);
    public LockImplV2(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }
    @Override
    public boolean tryLock(long ttlSecond) {
        String key = LOCK_KEY_PREFIX + name;
        // value 里面放当前线程的唯一标识(线程 ID)
        String val = UNIQUE_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,
                val,
                ttlSecond,
                TimeUnit.SECONDS);
        // Boolean -- boolean 会自动拆箱
        // 当 success 为 null 的时候会抛异常
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }
    @Override
    public void unlock() {
        String k = LOCK_KEY_PREFIX + name;
        String cacheVal = stringRedisTemplate.opsForValue().get(k);
        String curVal = UNIQUE_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        if (curVal.equals(cacheVal)) {
            stringRedisTemplate.delete(k);
        }
    }
}

六、误删锁(Redis 命令原子性导致)

解决方案:Lua 脚本

(1) Lua 脚本

📖 Redis 提供了 Lua 脚本功能,在一个脚本中编写多条 Redis 命令,确保多条命令执行时的原子性

📖 Lua 是一种编程语言 https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html


(2) Redis 编写和执行 Lua 脚本

参数有两种:key 类型参数,其他参数

📖 如果脚本中的 key(gender)、value(handsomeBoy)不想写死,可以作为参数传递

📖 key 类型参数会放入 KEYS 数组

📖 其它参数会放入 ARGV 数组,在脚本中可以从 KEYS 和 ARGV 数组获取这些参数

Lua 语言中下标从 1 开始

(3) 复杂逻辑的 Lua 脚本(业务相关)

📖 获取锁(Redis 缓存)中的线程标识 cacheVal

📖 判断是否与当前线程标识一致 curVal

📖 如果一致则释放锁(del

📖 如果不一致则什么都不做

上述操作要通过 Lua 脚本执行,保证多条 Redis 命令的原子性(防止误删锁)

--- 当前线程的线程标识
local curVal = ARGV[1] 
--- 要删除的锁的 key
local lockKey = KEYS[1]
if(cacheVal == curVal) 
  then
    return redis.call('DEL', KEYS[1])
  end
return 0

(4) RedisTemplate 执行 Lua 脚本

Lua 脚本可写在 Java 的类路径下的资源文件夹中


public class LockImplV3 implements LockInter {
    private String name; // 和业务相关的锁的名字
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    private static final String LOCK_KEY_PREFIX = "lock:";
    private static final String UNIQUE_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true);
    private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_LUA_SCRIPT;
    static { // 初始化 UNLOCK_LUA_SCRIPT
        UNLOCK_LUA_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
        UNLOCK_LUA_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
        UNLOCK_LUA_SCRIPT.setResultType(Long.class);
    }
    public LockImplV3(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }
    @Override
    public boolean tryLock(long ttlSecond) {
        String key = LOCK_KEY_PREFIX + name;
        // value 里面放当前线程的唯一标识(线程 ID)
        String val = UNIQUE_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,
                val,
                ttlSecond,
                TimeUnit.SECONDS);
        // Boolean -- boolean 会自动拆箱
        // 当 success 为 null 的时候会抛异常
        return Boolean.TRUE.equals(success);
    }
    @Override
    public void unlock() {
        stringRedisTemplate.execute(
                UNLOCK_LUA_SCRIPT,
                Collections.singletonList(LOCK_KEY_PREFIX + name),
                UNIQUE_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
    }
}

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