面試必需要明白的 Redis 分布式鎖實(shí)現(xiàn)原理！
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大家好，我是架構(gòu)君，一個(gè)會(huì)寫代碼吟詩(shī)的架構(gòu)師。
談起redis鎖，下面三個(gè)，算是出現(xiàn)最多的高頻詞匯：
setnx redLock redisson
其實(shí)目前通常所說(shuō)的setnx命令，并非單指redis的setnx key value這條命令。
一般代指redis中對(duì)set命令加上nx參數(shù)進(jìn)行使用， ??set這個(gè)命令，目前已經(jīng)支持這么多參數(shù)可選：
SET?key?value?[EX?seconds|PX?milliseconds]?[NX|XX]?[KEEPTTL]
當(dāng)然了，就不在文章中默寫Api了，基礎(chǔ)參數(shù)還有不清晰的，可以蹦到官網(wǎng)。
上圖是筆者畫的setnx大致原理，主要依托了它的key不存在才能set成功的特性，進(jìn)程A拿到鎖，在沒有刪除鎖的Key時(shí)，進(jìn)程B自然獲取鎖就失敗了。
那么為什么要使用PX 30000去設(shè)置一個(gè)超時(shí)時(shí)間？
是怕進(jìn)程A不講道理啊，鎖沒等釋放呢，萬(wàn)一崩了，直接原地把鎖帶走了，導(dǎo)致系統(tǒng)中誰(shuí)也拿不到鎖。
就算這樣，還是不能保證萬(wàn)無(wú)一失。
如果進(jìn)程A又不講道理，操作鎖內(nèi)資源超過(guò)筆者設(shè)置的超時(shí)時(shí)間，那么就會(huì)導(dǎo)致其他進(jìn)程拿到鎖，等進(jìn)程A回來(lái)了，回手就是把其他進(jìn)程的鎖刪了，如圖：
還是剛才那張圖，將T5時(shí)刻改成了鎖超時(shí)，被redis釋放。
進(jìn)程B在T6開開心心拿到鎖不到一會(huì)，進(jìn)程A操作完成，回手一個(gè)del，就把鎖釋放了。
當(dāng)進(jìn)程B操作完成，去釋放鎖的時(shí)候（圖中T8時(shí)刻）：
找不到鎖其實(shí)還算好的，萬(wàn)一T7時(shí)刻有個(gè)進(jìn)程C過(guò)來(lái)加鎖成功，那么進(jìn)程B就把進(jìn)程C的鎖釋放了。以此類推，進(jìn)程C可能釋放進(jìn)程D的鎖，進(jìn)程D....(禁止套娃)，具體什么后果就不得而知了。
所以在用setnx的時(shí)候，key雖然是主要作用，但是value也不能閑著，可以設(shè)置一個(gè)唯一的客戶端ID，或者用UUID這種隨機(jī)數(shù)。
當(dāng)解鎖的時(shí)候，先獲取value判斷是否是當(dāng)前進(jìn)程加的鎖，再去刪除。偽代碼：
String?uuid?=?xxxx;
//?偽代碼，具體實(shí)現(xiàn)看項(xiàng)目中用的連接工具
//?有的提供的方法名為set?有的叫setIfAbsent
set?Test?uuid?NX?PX?3000
try{
//?biz?handle....
}?finally?{
????//?unlock
????if(uuid.equals(redisTool.get('Test')){
????????redisTool.del('Test');
????}
}
這回看起來(lái)是不是穩(wěn)了。
相反，這回的問(wèn)題更明顯了，在finally代碼塊中，get和del并非原子操作，還是有進(jìn)程安全問(wèn)題。
為什么有問(wèn)題還說(shuō)這么多呢？
第一，搞清劣勢(shì)所在，才能更好的完善。
第二點(diǎn)，其實(shí)上文中最后這段代碼，還是有很多公司在用的。
大小項(xiàng)目悖論：大公司實(shí)現(xiàn)規(guī)范，但是小司小項(xiàng)目雖然存在不嚴(yán)謹(jǐn)，可并發(fā)倒也不高，出問(wèn)題的概率和大公司一樣低。? -- 魯迅
那么刪除鎖的正確姿勢(shì)之一，就是可以使用lua腳本，通過(guò)redis的eval/evalsha命令來(lái)運(yùn)行：
-- lua刪除鎖：
-- KEYS和ARGV分別是以集合方式傳入的參數(shù)，對(duì)應(yīng)上文的Test和uuid。
--?如果對(duì)應(yīng)的value等于傳入的uuid。
if?redis.call('get',?KEYS[1])?==?ARGV[1]
????then
?--?執(zhí)行刪除操作
????????return?redis.call('del',?KEYS[1])
????else
?--?不成功，返回0
????????return?0
end
通過(guò)lua腳本能保證原子性的原因說(shuō)的通俗一點(diǎn)：
就算你在lua里寫出花，執(zhí)行也是一個(gè)命令(eval/evalsha)去執(zhí)行的，一條命令沒執(zhí)行完，其他客戶端是看不到的。
那么既然這么麻煩，有沒有比較好的工具呢？就要說(shuō)到redisson了。
介紹redisson之前，筆者簡(jiǎn)單解釋一下為什么現(xiàn)在的setnx默認(rèn)是指set命令帶上nx參數(shù)，而不是直接說(shuō)是setnx這個(gè)命令。
因?yàn)閞edis版本在2.6.12之前，set是不支持nx參數(shù)的，如果想要完成一個(gè)鎖，那么需要兩條命令：
1.?setnx?Test?uuid
2.?expire?Test?30
即放入Key和設(shè)置有效期，是分開的兩步，理論上會(huì)出現(xiàn)1剛執(zhí)行完，程序掛掉，無(wú)法保證原子性。
但是早在2013年，也就是7年前，Redis就發(fā)布了2.6.12版本，并且官網(wǎng)(set命令頁(yè))，也早早就說(shuō)明了“SETNX, SETEX, PSETEX可能在未來(lái)的版本中，會(huì)棄用并永久刪除”。
筆者曾閱讀過(guò)一位大佬的文章，其中就有一句指導(dǎo)入門者的面試小套路，具體文字忘記了，大概意思如下：
說(shuō)到redis鎖的時(shí)候，可以先從setnx講起，最后慢慢引出set命令的可以加參數(shù)，可以體現(xiàn)出自己的知識(shí)面。
如果有緣你也閱讀過(guò)這篇文章，并且學(xué)到了這個(gè)套路，作為本文的筆者我要加一句提醒：
請(qǐng)注意你的工作年限！首先回答官網(wǎng)表明即將廢棄的命令，再引出set命令七年前的“新特性”，如果是剛畢業(yè)不久的人這么說(shuō)，面試官會(huì)以為自己穿越了。
你套路面試官，面試官也會(huì)套路你。? -- vt?沃茲基碩德
Redisson
Redisson是java的redis客戶端之一，提供了一些api方便操作redis。
但是redisson這個(gè)客戶端可有點(diǎn)厲害，筆者在官網(wǎng)截了僅僅是一部分的圖：
這個(gè)特性列表可以說(shuō)是太多了，是不是還看到了一些JUC包下面的類名，redisson幫我們搞了分布式的版本，比如AtomicLong，直接用RedissonAtomicLong就行了，連類名都不用去新記，很人性化了。
鎖只是它的冰山一角，并且從它的wiki頁(yè)面看到，對(duì)主從，哨兵，集群等模式都支持，當(dāng)然了，單節(jié)點(diǎn)模式肯定是支持的。
本文還是以鎖為主，其他的不過(guò)多介紹。
Redisson普通的鎖實(shí)現(xiàn)源碼主要是RedissonLock這個(gè)類，還沒有看過(guò)它源碼的盆友，不妨去瞧一瞧。
源碼中加鎖/釋放鎖操作都是用lua腳本完成的，封裝的非常完善，開箱即用。
這里有個(gè)小細(xì)節(jié)，加鎖使用setnx就能實(shí)現(xiàn)，也采用lua腳本是不是多此一舉？筆者也非常嚴(yán)謹(jǐn)的思考了一下：這么厲害的東西哪能寫廢代碼？
其實(shí)筆者仔細(xì)看了一下，加鎖解鎖的lua腳本考慮的非常全面，其中就包括鎖的重入性，這點(diǎn)可以說(shuō)是考慮非常周全，我也隨手寫了代碼測(cè)試一下：
的確用起來(lái)像jdk的ReentrantLock一樣絲滑，那么redisson實(shí)現(xiàn)的已經(jīng)這么完善，redLock又是什么？
RedLock
redLock的中文是直譯過(guò)來(lái)的，就叫紅鎖。
紅鎖并非是一個(gè)工具，而是redis官方提出的一種分布式鎖的算法。
就在剛剛介紹完的redisson中，就實(shí)現(xiàn)了redLock版本的鎖。也就是說(shuō)除了getLock方法，還有getRedLock方法。
筆者大概畫了一下對(duì)紅鎖的理解：
如果你不熟悉redis高可用部署，那么沒關(guān)系。redLock算法雖然是需要多個(gè)實(shí)例，但是這些實(shí)例都是獨(dú)自部署的，沒有主從關(guān)系。
RedLock作者指出，之所以要用獨(dú)立的，是避免了redis異步復(fù)制造成的鎖丟失，比如：主節(jié)點(diǎn)沒來(lái)的及把剛剛set進(jìn)來(lái)這條數(shù)據(jù)給從節(jié)點(diǎn)，就掛了。
有些人是不是覺得大佬們都是杠精啊，天天就想著極端情況。其實(shí)高可用嘛，拼的就是99.999...%?中小數(shù)點(diǎn)后面的位數(shù)。
回到上面那張簡(jiǎn)陋的圖片，紅鎖算法認(rèn)為，只要(N/2) + 1個(gè)節(jié)點(diǎn)加鎖成功，那么就認(rèn)為獲取了鎖， 解鎖時(shí)將所有實(shí)例解鎖。流程為：
順序向五個(gè)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加鎖 根據(jù)一定的超時(shí)時(shí)間來(lái)推斷是不是跳過(guò)該節(jié)點(diǎn) 三個(gè)節(jié)點(diǎn)加鎖成功并且花費(fèi)時(shí)間小于鎖的有效期 認(rèn)定加鎖成功
也就是說(shuō)，假設(shè)鎖30秒過(guò)期，三個(gè)節(jié)點(diǎn)加鎖花了31秒，自然是加鎖失敗了。
這只是舉個(gè)例子，實(shí)際上并不應(yīng)該等每個(gè)節(jié)點(diǎn)那么長(zhǎng)時(shí)間，就像官網(wǎng)所說(shuō)的那樣，假設(shè)有效期是10秒，那么單個(gè)redis實(shí)例操作超時(shí)時(shí)間，應(yīng)該在5到50毫秒(注意時(shí)間單位)
還是假設(shè)我們?cè)O(shè)置有效期是30秒，圖中超時(shí)了兩個(gè)redis節(jié)點(diǎn)。那么加鎖成功的節(jié)點(diǎn)總共花費(fèi)了3秒，所以鎖的實(shí)際有效期是小于27秒的。
即扣除加鎖成功三個(gè)實(shí)例的3秒，還要扣除等待超時(shí)redis實(shí)例的總共時(shí)間。
看到這，你有可能對(duì)這個(gè)算法有一些疑問(wèn)，那么你不是一個(gè)人。
回頭看看Redis官網(wǎng)關(guān)于紅鎖的描述
就在這篇描述頁(yè)面的最下面，你能看到著名的關(guān)于紅鎖的神仙打架事件。
即Martin Kleppmann和antirez的redLock辯論. 一個(gè)是很有資歷的分布式架構(gòu)師，一個(gè)是redis之父。
官方掛人，最為致命。
開個(gè)玩笑，要是質(zhì)疑能被官方掛到官網(wǎng)，說(shuō)明肯定是有價(jià)值的。
所以說(shuō)如果項(xiàng)目里要使用紅鎖，除了紅鎖的介紹，不妨要多看兩篇文章，即：
Martin Kleppmann的質(zhì)疑貼 antirez的反擊貼
看了這么多，是不是發(fā)現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)，都不能保證100%的穩(wěn)定。
程序就是這樣，沒有絕對(duì)的穩(wěn)定，所以做好人工補(bǔ)償環(huán)節(jié)也是重要的一環(huán)，畢竟：
技術(shù)不夠，人工來(lái)湊～
文章來(lái)源：https://juejin.im/post/5e61a454e51d4526f071e1df
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