redis 分布式锁实现
背景
在很多互联网产品应用中，有些场景需要加锁处理，比如：秒杀，全局递增ID，楼层生成等等。大部分的解决方案是基于DB实现的，Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对redis的连接并不存在竞争关系。其次Redis提供一些命令SETNX，GETSET，可以方便实现分布式锁机制。
一、使用分布式锁要满足的几个条件：
- 系统是一个分布式系统（关键是分布式，单机的可以使用ReentrantLock或者synchronized代码块来实现）
- 共享资源（各个系统访问同一个资源，资源的载体可能是传统关系型数据库或者NoSQL）
- 同步访问（即有很多个进程同事访问同一个共享资源。没有同步访问，谁管你资源竞争不竞争）
二、应用的场景例子
管理后台的部署架构（多台tomcat服务器+redis【多台tomcat服务器访问一台redis】+mysql【多台tomcat服务器访问一台服务器上的mysql】）就满足使用分布式锁的条件。多台服务器要访问redis全局缓存的资源，如果不使用分布式锁就会出现问题。 看如下伪代码：
long N=0L; //N从redis获取值 if(N<5){ N++； //N写回redis }
上面的代码主要实现的功能：
从redis获取值N，对数值N进行边界检查，自加1，然后N写回redis中。 这种应用场景很常见，像秒杀，全局递增ID、IP访问限制等。以IP访问限制来说，恶意攻击者可能发起无限次访问，并发量比较大，分布式环境下对N的边界检查就不可靠，因为从redis读的N可能已经是脏数据。传统的加锁的做法（如java的synchronized和Lock）也没用，因为这是分布式环境，这个同步问题的救火队员也束手无策。在这危急存亡之秋，分布式锁终于有用武之地了。
分布式锁可以基于很多种方式实现，比如zookeeper、redis...。不管哪种方式，他的基本原理是不变的：用一个状态值表示锁，对锁的占用和释放通过状态值来标识。
这里主要讲如何用redis实现分布式锁。
三、使用redis的setNX命令实现分布式锁
- 、实现的原理
Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对Redis的连接并不存在竞争关系。redis的SETNX命令可以方便的实现分布式锁。
2、基本命令解析
1）setNX（SET if Not eXists）
语法：
SETNX key value
将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。
若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。
SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写
返回值：
设置成功，返回 1 。
设置失败，返回 0 。
例子：
redis> EXISTS job # job 不存在 (integer) 0 redis> SETNX job "programmer" # job 设置成功 (integer) 1 redis> SETNX job "code-farmer" # 尝试覆盖 job ，失败 (integer) 0 redis> GET job # 没有被覆盖 "programmer"
所以我们使用执行下面的命令
SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。
2）getSET
语法：
GETSET key value
将给定 key 的值设为 value，并返回 key 的旧值(old value)。
当 key 存在但不是字符串类型时，返回一个错误。
返回值：
返回给定 key 的旧值。
当 key 没有旧值时，也即是， key 不存在时，返回 nil 。
3）get
语法：
GET key
返回值：
当 key 不存在时，返回 nil ，否则，返回 key 的值。
如果 key 不是字符串类型，那么返回一个错误
四、解决死锁
上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？
我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock.foo的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。
发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次（讲道理，删除锁的操作应该是锁拥有这执行的，这里只需要等它超时即可），当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景：
C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock.foo检查时间戳，先后发现超时了。 C1 发送DEL lock.foo C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。 C2 发送DEL lock.foo C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。 这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！
幸好这种问题是可以避免的，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的：
C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0 C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。 反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁： GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。
如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。
注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了
六、一些问题
1、为什么不直接使用expire设置超时时间，而将时间的毫秒数其作为value放在redis中？
如下面的方式，把超时的交给redis处理：
lock(key, expireSec){
isSuccess =
setnx key
if
(isSuccess)
expire key expireSec
}
这种方式貌似没什么问题，但是假如在setnx后，redis崩溃了，expire就没有执行，结果就是死锁了。锁永远不会超时。
2、为什么前面的锁已经超时了，还要用getSet去设置新的时间戳的时间获取旧的值，然后和外面的判断超时时间的时间戳比较呢？
因为是分布式的环境下，可以在前一个锁失效的时候，有两个进程进入到锁超时的判断。如：
C0超时了，还持有锁,C1/C2同时请求进入了方法里面
C1/C2获取到了C0的超时时间
C1使用getSet方法
C2也执行了getSet方法
假如我们不加 oldValueStr.equals(currentValueStr) 的判断，将会C1/C2都将获得锁，加了之后，能保证C1和C2只能一个能获得锁，一个只能继续等待。
注意：这里可能导致超时时间不是其原本的超时时间，C1的超时时间可能被C2覆盖了，但是他们相差的毫秒及其小，这里忽略了。