redis分布式鎖-java實現(xiàn)
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作者 | _否極泰來
來源 | urlify.cn/QRbiem
1、為什么要使用分布式鎖
如果在一個分布式系統(tǒng)中，我們從數(shù)據(jù)庫中讀取一個數(shù)據(jù)，然后修改保存，這種情況很容易遇到并發(fā)問題。因為讀取和更新保存不是一個原子操作，在并發(fā)時就會導致數(shù)據(jù)的不正確。這種場景其實并不少見，比如電商秒殺活動，庫存數(shù)量的更新就會遇到。如果是單機應用，直接使用本地鎖就可以避免。如果是分布式應用，本地鎖派不上用場，這時就需要引入分布式鎖來解決。
由此可見分布式鎖的目的其實很簡單，就是為了保證多臺服務器在執(zhí)行某一段代碼時保證只有一臺服務器執(zhí)行。
2、為了保證分布式鎖的可用性，至少要確保鎖的實現(xiàn)要同時滿足以下幾點：
互斥性。在任何時刻，保證只有一個客戶端持有鎖。
不能出現(xiàn)死鎖。如果在一個客戶端持有鎖的期間，這個客戶端崩潰了，也要保證后續(xù)的其他客戶端可以上鎖。
保證上鎖和解鎖都是同一個客戶端。
3、一般來說，實現(xiàn)分布式鎖的方式有以下幾種：
使用MySQL，基于唯一索引。
使用ZooKeeper，基于臨時有序節(jié)點。
使用Redis，基于set命令（2.6.12 版本開始）。
本篇文章主要講解Redis的實現(xiàn)方式。
4、用到的redis命令
鎖的實現(xiàn)主要基于redis的SET命令（SET詳細解釋參考這里），我們來看SET的解釋：
SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]
將字符串值 value 關聯(lián)到 key 。
如果 key 已經(jīng)持有其他值， SET 就覆寫舊值，無視類型。
對于某個原本帶有生存時間（TTL）的鍵來說， 當 SET 命令成功在這個鍵上執(zhí)行時， 這個鍵原有的 TTL 將被清除。
可選參數(shù)
從 Redis 2.6.12 版本開始， SET 命令的行為可以通過一系列參數(shù)來修改：
EX second ：設置鍵的過期時間為 second 秒。SET key value EX second 效果等同于 SETEX key second value 。
PX millisecond ：設置鍵的過期時間為 millisecond 毫秒。SET key value PX millisecond 效果等同于 PSETEX key millisecond value 。
NX ：只在鍵不存在時，才對鍵進行設置操作。SET key value NX 效果等同于 SETNX key value 。
XX ：只在鍵已經(jīng)存在時，才對鍵進行設置操作。
加鎖：使用SET key value [PX milliseconds] [NX]命令，如果key不存在，設置value，并設置過期時間(加鎖成功)。如果已經(jīng)存在lock(也就是有客戶端持有鎖了)，則設置失敗(加鎖失敗)。
解鎖：使用del命令，通過刪除鍵值釋放鎖。釋放鎖之后，其他客戶端可以通過set命令進行加鎖。
5、上面第二項，說了分布式鎖，要考慮的問題，下面講解一下
5.1、互斥性。在任何時刻，保證只有一個客戶端持有鎖
redis命令是原子性的，只要客戶端調(diào)用redis的命令SET key value [PX milliseconds] [NX] 執(zhí)行成功，就算加鎖成功了
5.2、不能出現(xiàn)死鎖。如果在一個客戶端持有鎖的期間，這個客戶端崩潰了，也要保證后續(xù)的其他客戶端可以上鎖。
set命令px設置了過期時間，key過期失效了，就能避免死鎖了
5.3保證上鎖和解鎖都是同一個客戶端。
釋放鎖(刪除key)的時候，只要確保是當前客戶端設置的value才去刪除key即可，采用lua腳本來實現(xiàn)
在Redis中，執(zhí)行Lua語言是原子性，也就是說Redis執(zhí)行Lua的時候是不會被中斷的，具備原子性，這個特性有助于Redis對并發(fā)數(shù)據(jù)一致性的支持。
6、java代碼實現(xiàn)
先把需要的jar包引入
<dependency>
<groupId>redis.clients</groupId>
<artifactId>jedis</artifactId>
<version>2.9.3</version>
</dependency>加鎖設置參數(shù)的實體類
import lombok.Data;
//加鎖設置的參數(shù)
@Data
public class LockParam {
//鎖的key
private String lockKey;
//嘗試獲得鎖的時間（單位：毫秒），默認值：3000毫秒
private Long tryLockTime;
//嘗試獲得鎖后，持有鎖的時間（單位：毫秒），默認值：5000毫秒
private Long holdLockTime;
public LockParam(String lockKey){
this(lockKey,1000*3L,1000*5L);
};
public LockParam(String lockKey,Long tryLockTime){
this(lockKey,tryLockTime,1000*5L);
};
public LockParam(String lockKey,Long tryLockTime,Long holdLockTime){
this.lockKey = lockKey;
this.tryLockTime = tryLockTime;
this.holdLockTime = holdLockTime;
};
}redis分布式具體代碼實現(xiàn)
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.Collections;
import java.util.UUID;
/**
* redis分布式鎖
*/
@Slf4j
public class RedisLock {
//鎖key的前綴
private final static String prefix_key = "redisLock:";
//釋放鎖的lua腳本
private final static String unLockScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
//執(zhí)行unLockScript腳本，釋放鎖成功值
private final static Long unLockSuccess = 1L;
//加鎖設置的參數(shù)（key值、超時時間、持有鎖的時間）
private LockParam lockParam;
//嘗試獲得鎖的截止時間【lockParam.getTryLockTime()+System.currentTimeMillis()】
private Long tryLockEndTime;
//redis加鎖的key
private String redisLockKey;
//redis加鎖的vlaus
private String redisLockValue;
//redis加鎖的成功標示
private Boolean holdLockSuccess= Boolean.FALSE;
//jedis實例
private Jedis jedis;
//獲取jedis實例
private Jedis getJedis(){
return this.jedis;
}
//關閉jedis
private void closeJedis(Jedis jedis){
jedis.close();
jedis = null;
}
public RedisLock(LockParam lockParam){
if(lockParam==null){
new RuntimeException("lockParam is null");
}
if(lockParam.getLockKey()==null || lockParam.getLockKey().trim().length()==0){
new RuntimeException("lockParam lockKey is error");
}
this.lockParam = lockParam;
this.tryLockEndTime = lockParam.getTryLockTime()+System.currentTimeMillis();
this.redisLockKey = prefix_key.concat(lockParam.getLockKey());
this.redisLockValue = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-","");
//todo 到時候可以更換獲取Jedis實例的實現(xiàn)
jedis = new Jedis("127.0.0.1",6379);
}
/**
* 加鎖
* @return 成功返回true，失敗返回false
*/
public boolean lock() {
while(true){
//判斷是否超過了，嘗試獲取鎖的時間
if(System.currentTimeMillis()>tryLockEndTime){
return false;
}
//嘗試獲取鎖
holdLockSuccess = tryLock();
if(Boolean.TRUE.equals(holdLockSuccess)){
return true;//獲取鎖成功
}
try {
//獲得鎖失敗，休眠50毫秒再去嘗試獲得鎖,避免一直請求redis，導致redis cpu飆升
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 執(zhí)行一次加鎖操作：成功返回true 失敗返回false
* @return 成功返回true，失敗返回false
*/
private boolean tryLock() {
try {
String result = getJedis().set(redisLockKey,redisLockValue, "NX", "PX", lockParam.getHoldLockTime());
if ("OK".equals(result)) {
return true;
}
}catch (Exception e){
log.warn("tryLock failure redisLockKey:{} redisLockValue:{} lockParam:{}",redisLockKey,redisLockValue,lockParam,e);
}
return false;
}
/**
* 解鎖
* @return 成功返回true，失敗返回false
*/
public Boolean unlock() {
Object result = null;
try {
//獲得鎖成功，才執(zhí)行l(wèi)ua腳本
if(Boolean.TRUE.equals(holdLockSuccess)){
//執(zhí)行Lua腳本
result = getJedis().eval(unLockScript, Collections.singletonList(redisLockKey), Collections.singletonList(redisLockValue));
if (unLockSuccess.equals(result)) {//釋放成功
return true;
}
}
} catch (Exception e) {
log.warn("unlock failure redisLockKey:{} redisLockValue:{} lockParam:{} result:{}",redisLockKey,redisLockValue,lockParam,result,e);
} finally {
this.closeJedis(jedis);
}
return false;
}
}redis分布式鎖使用
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j
public class test {
static String lockKey = "666";
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
log.info("下面測試兩個線程同時，搶占鎖的結果");
Thread thread1 = new Thread(()->{
testRedisLock();
});
thread1.setName("我是線程1");
Thread thread2 = new Thread(()->{
testRedisLock();
});
thread2.setName("我是線程2");
//同時啟動線程
thread1.start();
thread2.start();
Thread.sleep(1000*20);
log.info("-----------------我是一條分割線----------------");
log.info("");
log.info("");
log.info("");
log.info("下面是測試 一個線程獲取鎖成功后，由于業(yè)務執(zhí)行時間超過了設置持有鎖的時間，是否會把其他線程持有的鎖給釋放掉");
Thread thread3 = new Thread(()->{
testRedisLock2();
});
thread3.setName("我是線程3");
thread3.start();
Thread.sleep(1000*1);//暫停一秒是為了讓線程3獲的到鎖
Thread thread4 = new Thread(()->{
testRedisLock();
});
thread4.setName("我是線程4");
thread4.start();
}
public static void testRedisLock(){
LockParam lockParam = new LockParam(lockKey);
lockParam.setTryLockTime(2000L);//2秒時間嘗試獲得鎖
lockParam.setHoldLockTime(1000*10L);//獲得鎖成功后持有鎖10秒時間
RedisLock redisLock = new RedisLock(lockParam);
try {
Boolean lockFlag = redisLock.lock();
log.info("加鎖結果：{}",lockFlag);
if(lockFlag){
try {
//20秒模擬處理業(yè)務代碼時間
Thread.sleep(1000*5L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}catch (Exception e) {
log.info("testRedisLock e---->",e);
}finally {
boolean unlockResp = redisLock.unlock();
log.info("釋放鎖結果:{}",unlockResp);
}
}
public static void testRedisLock2(){
LockParam lockParam = new LockParam(lockKey);
lockParam.setTryLockTime(1000*2L);//2秒時間嘗試獲得鎖
lockParam.setHoldLockTime(1000*2L);//獲得鎖成功后持有鎖2秒時間
RedisLock redisLock = new RedisLock(lockParam);
try {
Boolean lockFlag = redisLock.lock();
log.info("加鎖結果：{}",lockFlag);
if(lockFlag){
try {
//10秒模擬處理業(yè)務代碼時間
Thread.sleep(1000*10L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}catch (Exception e) {
log.info("testRedisLock e---->",e);
}finally {
boolean unlockResp = redisLock.unlock();
log.info("釋放鎖結果:{}",unlockResp);
}
}
}
這是代碼在執(zhí)行過程中，通過redis可視化工具看到的效果，可以參考一下～
控制臺日志打印結果
15:02:28.569 [main] INFO com.test.test - 下面測試兩個線程同時，搶占鎖的結果
15:02:28.645 [我是線程2] INFO com.test.test - 加鎖結果：true
15:02:30.618 [我是線程1] INFO com.test.test - 加鎖結果：false
15:02:30.620 [我是線程1] INFO com.test.test - 釋放鎖結果:false
15:02:33.652 [我是線程2] INFO com.test.test - 釋放鎖結果:true
15:02:48.614 [main] INFO com.test.test - -----------------我是一條分割線----------------
15:02:48.614 [main] INFO com.test.test -
15:02:48.614 [main] INFO com.test.test -
15:02:48.614 [main] INFO com.test.test -
15:02:48.614 [main] INFO com.test.test - 下面是測試 一個線程獲取鎖成功后，由于業(yè)務執(zhí)行時間超過了設置持有鎖的時間，是否會把其他線程持有的鎖給釋放掉
15:02:48.616 [我是線程3] INFO com.test.test - 加鎖結果：true
15:02:50.645 [我是線程4] INFO com.test.test - 加鎖結果：true
15:02:55.647 [我是線程4] INFO com.test.test - 釋放鎖結果:true
15:02:58.621 [我是線程3] INFO com.test.test - 釋放鎖結果:false可以看到多個線程競爭一把鎖的時候，保證了只有一個線程持有鎖
分割線下面的日志也能看出，一個線程持有了鎖，由于處理業(yè)務代碼時間，超過了設置持有鎖的時間，通過lua腳本釋放鎖的時候，也不會把其他線程持有的鎖給釋放掉，保證了安全釋放了鎖
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