Redis分布式锁实现方式及超时问题解决

一 前言

redis在分布式应用十分广泛，本篇文章也是互联网面试的重点内容，读者至少需要知道为什么需要分布式锁，分布式锁的实现原理，分布式锁的应用场景，在使用分布式锁时遇到哪些问题?你是如何解决的，如果读者能掌握以上问题，那么关于这道面试题，你也就基本过关了；

二 分布式锁的产生背景

分布式锁对应的是多个应用，每个应用中都可能会处理相同的数据，如果多个应用对用一个操作进行了重复操作，就会出现数据不一致，数据重复问题，于是分布式锁应用而生，通常你可以理解为多线程中的synchronized

三 分布式锁的应用场景

多台机器都能执行某个任务，如果限制任务每次只能被一台机器执行，不能重复执行，就可以用分布式锁来做标记秒杀场景，要求并发量很高，那么同一件商品只能被一个用户抢到，就可以使用分布式锁实现比较敏感的数据比如金额修改，同一时间只能有一个人操作，如果2个人同时修改金额，一个加一个减金额，为了防止同时操作造成数据不一致，就可以使用分布式锁实现

四 分布式锁的实现

4.1 分布式锁的实现方式

• 基于数据库实现分布式锁
• 基于缓存（redis，memcached，tair）实现分布式锁
• 基于Zookeeper实现分布式锁

4.2 分布式锁使用原理

每个应用对敏感数据进行操作时都需要向获取一个锁，持有锁的应用才能对数据进行操作，保证在同一时间内只有一台应用能对数据进行操作；

4.3 分布式锁实现过程

基本实现思路：

redis分布式实现是基于 命令setnx key value ， 其意指 若该键不存在则创建键，这就保证了redis中只有一个该键，故应用谁先获得该键，谁就拿到了锁的权限；然后业务逻辑执行完毕则需要使用 del key 删除键，表示释放锁；

出现了问题：

如果一台业务逻辑执行完毕，程序出现异常，则锁会一直存在，没有得到释放，其它应用就会无法获得锁，此时就会造成死锁问题；

改进方式：

拿到锁之后，给锁加上一个过期时间，也就是 expire key seconds 指令；此时避免了死锁问题，但是由于业务逻辑执行的时间不同，过期的时间设置也是一个问题，故通常分布式锁不能应用于业务逻辑执行较长的程序；

出现问题：

由于redis 每条指令都是原子性操作，但由于setnx 和 expire 是2 条指令，如果在执行setnx后程序出现问题expire指令未得到执行就会造成死锁问题；

解决问题：

redis2.8版本之后引入了指令 set key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] ,该指令可以同时执行 setnx 和 expire ，于是解决了死锁问题；

参数列表解释

• EX seconds: 设定过期时间，单位为秒
• PX milliseconds: 设定过期时间，单位为毫秒
• NX: key不存在时设置值
• XX: key存在时设置值
  

使用jedis客户端实现分布式锁方式

public boolean lock(Jedis jedis,String key,String val,int expireTime){
  String lock = jedis.set(key, val, "NX", "PX",
      expireTime);
  return "OK".equals(lock);
}

关于未获得锁的解决思路：

可以直接抛出异常让客户重试

可以使用延迟队列

五 分布式锁的超时问题

问题：

如果在加锁和释放锁之间，业务逻辑执行时间太长，导致超出了锁的超时限制，就会出现锁过期问题；换句话说，就是第一台应用执行了业务，导致锁过期；第二台应用此时可以获得锁，进行执行业务，此时第一台应用释放了锁，第二台应用在执行业务的时第三台应用获得了锁执行业务，导致在执行过程中，会有2台应用在同时执行业务逻辑；

解决思路：

在释放锁的时候出现了问题，即每台应用都可以释放锁，这会造成1应用的锁释放了2应用锁的问题，换句话说，很多人手中持有的钥匙是通用的，都可以开同一个门；为了避免这个问题，就是1 应用只能释放1应用上的锁，2应用只能释放2应用上的锁，则需要对释放锁进行身份校验；由于上锁的时候key是唯一，但value可以不同，所以可以根据value进行身份的唯一标识，随机数就是一个很好的选择 ：

String value = UUID.randomUUID().toString();

由于考虑到匹配到value校验和del不是同一个操作，故需要使用Lua脚本实现多条指令的原子性执行；

jedis释放锁实现方式：

public void unlock(Jedis jedis,String key,String value) {
    String script_command = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
        "return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
    // 解锁
    jedis.eval(script_command, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value));
    
  }

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持小牛知识库。