前面學習了Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及命令、Redis中的事務(wù)和Redis對Lua腳本的支持。

這一章就對Redis這些特性做一下實戰(zhàn)性應(yīng)用——基于Redis的分布式鎖實現(xiàn)。

Lock和Distributed Lock

在這之前先來認識下鎖（Lock）和分布式鎖（Distributed Lock）：

In computer science, a lock or mutex (from mutual exclusion) is a synchronization mechanism for enforcing limits on access to a resource in an environment where there are many threads of execution. A lock is designed to enforce a mutual exclusion concurrency control policy.

參考wiki的解釋：在計算機科學領(lǐng)域中，鎖是為了限制多線程環(huán)境訪問一個資源的一種同步機制。鎖被設(shè)計相互排斥的并發(fā)策略。

Lock的前提條件：

• 同一臺機器上的共同資源；
• 多線程環(huán)境訪問共同資源；

Lock目標：

• 保證多線程訪問資源的一致性；

Lock的實現(xiàn)：

• 單核處理器上禁用中斷，使得同步資源能夠被訪問結(jié)束；
• 硬件支持的原子指令，“比較和交換”等等，用于測試鎖是否是空閑，如果空閑獲取鎖；

Operating systems use lock managers to organise and serialise the access to resources. A distributed lock manager (DLM) runs in every machine in a cluster, with an identical copy of a cluster-wide lock database. In this way a DLM provides software applications which are distributed across a cluster on multiple machines with a means to synchronize their accesses to shared resources.

參考wiki解釋分布式鎖：操作系統(tǒng)用鎖管理器實現(xiàn)有組織有順序的訪問資源。分布式鎖運行在集群環(huán)境中的每臺機器上，使得數(shù)據(jù)具有相同的副本。分布式鎖提供分布式軟件應(yīng)用同步訪問共享資源。

Distribute Lock的前提條件：

• 分布式軟件應(yīng)用；
• 分布式軟件中的共享資源；

Distribute Lock目標：

• 保證分布式應(yīng)用訪問共享資源的一致性

Distribute Lock實現(xiàn)方式：

• 基于Redis實現(xiàn)；
• 基于Zookeeper實現(xiàn)；
• 基于Etcd或者Consul實現(xiàn)；
• Google開發(fā)的Chubby（Lock Service）；

獨占式鎖的特點和影響

按照用途、場景劃分，鎖的類型非常多。如：排它鎖（獨占式鎖）、共享鎖，自旋鎖、互斥鎖，讀鎖、寫鎖。但是在分布式環(huán)境中的所謂的分布式鎖，大多數(shù)情況下都是指：分布式獨占式鎖。

1.特點分析：

• 每次只能一個占用鎖；
• 可以重復(fù)進入鎖；
• 只有占用者才可以解鎖；
• 獲取鎖和釋放鎖都需要原子
• 不能產(chǎn)生死鎖
• 盡量滿足性能

本質(zhì)：同步互斥，使得處理任務(wù)能夠一個一個逐步的過臨界資源。

造成的影響：

• 降低并發(fā)數(shù)，使得多任務(wù)處理，只能一個一個的進行；
• 任務(wù)的換進換出造成切換上的開銷；

本質(zhì)：使得吞吐量大打折扣。

基于Redis的實現(xiàn)

Redis實現(xiàn)分布式鎖的基礎(chǔ)

1.Redis本身就是單線程：

• 單個命令執(zhí)行具有原子性、無競態(tài)條件，這個特點符合一次只有一個客戶端爭用鎖；

2.Redis提供了set if not exists操作：

• 存在即不設(shè)置，這個特點符合鎖的獨占性（排它特點）；

下面來先來看下獲取鎖：

return jedis.set(lockKey, lockValue, NX, EX, expireTime) != null ? true : false;

這里使用set指令，具有原子操作特點，不會被其他客戶端操作中斷，在分布式環(huán)境中，是安全的，沒有競態(tài)條件產(chǎn)生，一次只能有一個客戶端爭用鎖；使用nx，即存在不設(shè)置，符合獨占特點；設(shè)置ex，有過期效果，不會產(chǎn)生永久獨占即死鎖；最后設(shè)置了lockValue，這樣就和當前加鎖任務(wù)做了綁定，后面可以用其作為解鎖的鑰匙；

再來看下解鎖操作：

static final String RELEASE_LOCK_LUA = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] " +"then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";Object result = jedis.eval(RELEASE_LOCK_LUA, 1, lockKey, lockValue);

這里解鎖是用了Lua腳本，上篇文章中介紹了Redis內(nèi)置一個Lua解釋器，Redis調(diào)用解釋器執(zhí)行Lua腳本也是具有原子性的，即同一時刻只有一個客戶端的操作能被執(zhí)行，所以這里使用Lua腳本解鎖無競態(tài)條件；解鎖符合是占用鎖的任務(wù)釋放的原理；

但是以上實現(xiàn)的分布式鎖缺點是：

• 不具有重入性，即當前任務(wù)獲取了鎖，在下次獲取時將會死鎖；
• 不能自旋獲取，即獲取失敗時，將會立即返回失敗；

本人對其進行了改造，分別做了適應(yīng)以上兩種場景的分布式鎖，詳情可以戮[Distributed Lock]，歡迎大家一起來完善。

總結(jié)

本文從What、Features、How的角度分析了分布式鎖。總的來說，單機應(yīng)用中的多線程或者多進程的鎖的放大版基本上就是分布式鎖了。萬變不離其宗，實現(xiàn)獨占鎖的關(guān)鍵性要素：

• 目標：互斥同步，資源訪問原子化；
• 實現(xiàn)：一次只能有一個爭用到鎖，爭用過程是個原子過程，只能爭用到的解鎖，不會發(fā)生死鎖；

參考

Redis 分布式鎖的正確實現(xiàn)方式
Rewriting our lock
Lock

題外話

參考Rewriting our lock中使用setnx實現(xiàn)的分布式，嚴格意義上來說是有死鎖問題的。setnx和expire不具有原子性。當setnx成功后，expire前應(yīng)用發(fā)生宕機，這會導(dǎo)致鎖永遠不會過期，別的應(yīng)用始終爭用不到鎖。當然這種情況比較特殊，但是做代碼是一件嚴謹?shù)氖?#xff01;

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/lxyit/p/9829132.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Redis（七）分布式锁的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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