Redis如何實(shí)現(xiàn)分布式鎖

今天我們來聊一聊分布式鎖的那些事。

相信大家對鎖已經(jīng)不陌生了，我們在多線程環(huán)境中，如果需要對同一個(gè)資源進(jìn)行操作，為了避免數(shù)據(jù)不一致，我們需要在操作共享資源之前進(jìn)行加鎖操作。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，鎖(lock)或互斥(mutex)是一種同步機(jī)制，用于在有許多執(zhí)行線程的環(huán)境中強(qiáng)制對資源的訪問限制。

比如你去相親，發(fā)現(xiàn)你和一大哥同時(shí)和一個(gè)女的相親，那怎么行呢...，搞不好還要被揍一頓。

那什么是分布式鎖呢。當(dāng)多個(gè)客戶端需要爭搶鎖時(shí)，我們就需要分布式鎖。這把鎖不能是某個(gè)客戶端本地的鎖，否則的話，其它客戶端是無法訪問的。所以分布式鎖是需要存儲(chǔ)在共享存儲(chǔ)系統(tǒng)中的，比如Redis、Zookeeper等，可以被多個(gè)客戶端共享訪問和獲取。今天我們就來看一下如何使用Redis來實(shí)現(xiàn)分布式鎖。

一、前言

在正式開始之前，我們先來了解兩個(gè)Redis的命令：

SETNX key value

這個(gè)命名的含義是，當(dāng)key存在時(shí)，不做任何賦值操作；當(dāng)key不存在時(shí)，就創(chuàng)建key，并賦值成value，即（不存在即設(shè)置）。

SET key value [EX seconds | PX milliseconds] NX

SET后加NX選項(xiàng)，就和SETNX命令類似了，也實(shí)現(xiàn)不存在即設(shè)置的功能。此外，這個(gè)命令在執(zhí)行時(shí)，可以通過EX或者PX設(shè)置鍵值對的過期時(shí)間。

二、正文

開始之前，我們先引入一個(gè)場景：

假設(shè)要給某個(gè)商品舉行秒殺活動(dòng)，我們事先把庫存數(shù)據(jù)100已經(jīng)存入到了redis中，我們現(xiàn)在需要來進(jìn)行庫存扣減。

如圖所示，我們假設(shè)有1000個(gè)客戶端來進(jìn)行庫存扣減操作，那我們該如何做，才能保證庫存扣減順序一致且不會(huì)超扣呢。

我們首先想到的就是加鎖，在進(jìn)行庫存扣減之前，我們先拿到鎖，然后進(jìn)行扣減，最后再釋放鎖。在redis中我們創(chuàng)建一個(gè)key來代表一個(gè)鎖變量，然后對應(yīng)的值來表示鎖變量的值。我們來看一下如何進(jìn)行加鎖。

假設(shè)1000個(gè)客戶端同時(shí)進(jìn)行加鎖請求。因?yàn)閞edis使用單線程來處理請求，所以redis會(huì)串行執(zhí)行他們的請求操作。假設(shè)redis先處理客戶端2的請求，讀取lock_key的值，發(fā)現(xiàn)lock_key為0，所以客戶端2就把lock_key的value設(shè)置成1，表示已經(jīng)進(jìn)行了加鎖操作。如果此時(shí)客戶端3被處理，發(fā)現(xiàn)lock_key的值已經(jīng)為1了，所以就返回加鎖失敗的信息。

當(dāng)拿到鎖的客戶端2處理完共享資源后，就要進(jìn)行釋放鎖的操作，釋放鎖很簡單，就是將lock_key重新設(shè)置為0。

由于加鎖操作包含了三個(gè)操作（讀取鎖變量、判斷鎖變量的值以及把鎖變量的值設(shè)置成1），而這三個(gè)操作在執(zhí)行的過程中需要保證原子性。那怎么保證原子性呢？

我們可以使用SETNX命令來實(shí)現(xiàn)加鎖操作，SETNX命令表示key不存在時(shí)就創(chuàng)建，key存在時(shí)就不做任何賦值操作，當(dāng)加鎖時(shí)候，我們執(zhí)行

SETNX lock_key 1

對于釋放鎖操作來說，我們可以使用DEL命令來刪除鎖變量。比如客戶端2進(jìn)行加鎖，執(zhí)行SETNX lock_key 1，如果lock_key不存在，則會(huì)創(chuàng)建lock_key，返回加鎖成功，此時(shí)客戶端2可以進(jìn)行共享資源的訪問。如果這時(shí)客戶端1來發(fā)起請求加鎖操作，而此時(shí)lock_key已經(jīng)存在，SETNX lock_key 1不做任何賦值操作操作，返回加鎖失敗，所以客戶端1加鎖失敗。當(dāng)客戶端2執(zhí)行完共享資源訪問后，執(zhí)行DEL命令來釋放鎖。此時(shí)當(dāng)有其它客戶端再來訪問時(shí)，lock_key已經(jīng)不存在了，就可以進(jìn)行正常的加鎖操作了。所以，我們可以使用SETNX和DEL命令組合來進(jìn)行加鎖和釋放鎖的操作。

不過這里有兩個(gè)問題：

1.當(dāng)某個(gè)客戶端執(zhí)行完SETNX命令、加鎖后，此時(shí)發(fā)生了異常，結(jié)果一直沒有執(zhí)行DEL操作命令來釋放鎖。因此，這個(gè)客戶端一直占用著這個(gè)鎖，其它客戶端無法拿到鎖。

解決這個(gè)問題，一個(gè)有效的方法就是，給鎖變量設(shè)置一個(gè)過期時(shí)間。這樣一來，即使持有鎖的客戶端發(fā)生了異常，無法主動(dòng)的釋放鎖，Redis也會(huì)根據(jù)鎖變量的過期時(shí)間把它刪除。其它客戶端在鎖變量過期后，就可以重新進(jìn)行加鎖操作了。

2.如果客戶端1執(zhí)行了SETNX命令加鎖后。如果此時(shí)客戶端2執(zhí)行DEL命令刪除鎖，這時(shí)，客戶端A的鎖就被誤釋放了。這是我們不能接受的。

為了解決這個(gè)問題，我們需要能區(qū)分來自不同客戶端的鎖操作。我們該如何做呢？我們可以給每個(gè)客戶端生成一個(gè)唯一值，在進(jìn)行加鎖時(shí)，我們把鎖變量賦值成這個(gè)唯一值。這樣在釋放鎖的時(shí)候，客戶端需要判斷，當(dāng)前鎖變量的值是否和自己的唯一標(biāo)識(shí)相等，在相等的情況下，才能釋放鎖。

下面來看一下如何在Redis中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。我們可以使用SET加EX/PX和NX選項(xiàng)，來進(jìn)行加鎖操作。

SET lock_key uuid NX PX 100

　其中l(wèi)ock_key是鎖變量，uuid表示客戶端的唯一標(biāo)識(shí)，PX 100表示100ms過期。由于我們在釋放鎖時(shí)需要對比客戶端的標(biāo)識(shí)和鎖變量的值是否一致，這包含了多個(gè)操作，為了保證原子性，我們需要使用lua腳本，下面是lua腳本的實(shí)現(xiàn)。

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then  
   return redis.call("del",KEYS[1])
else 
   return 0
end

其中KEY[1]表示lock_key，ARGV[1]表示當(dāng)前客戶端的唯一標(biāo)識(shí)，這兩個(gè)值是我們在執(zhí)行l(wèi)ua腳本時(shí)作為參數(shù)傳入的。下面我們來看一下完整的代碼實(shí)現(xiàn)。

import redis
import traceback
import uuid
import time
 
class Inventory(object):
    def __init__(self):
        pool = redis.ConnectionPool(host='localhost', port=6379, decode_responses=True)
        client = redis.StrictRedis(connection_pool=pool, max_connections=20)
        self.client=client
        self.uuid=str(uuid.uuid1())
        print(self.uuid)
        self.key="lock_key"
        self.inventory_key="inventory"
    def unlock(self):
        unlock_script="" \

                      "if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] then" \

                      "   return redis.call(\"del\",KEYS[1])" \

                      "else" \

                      "   return 0 " \

                      "end"
        try:
            unlock_cmd=self.client.register_script(unlock_script)
            result=unlock_cmd(keys=[self.key],args=[self.uuid])
            if result==1:
                print("釋放成功")
            else:
                print("釋放出錯(cuò)")
        except:
            print(traceback.format_exc())
 
    def lock(self):
        try:
          while True:
             result=self.client.set(self.key,self.uuid,px=100,nx=True)
             print(result)
             if result==1:
                 break
 
             print("sleep 1s")
             time.sleep(1)
          print("加鎖成功")
          return True
        except:
          print(traceback.format_exc())
    def inventory(self):
        if self.lock():
           print("庫存扣減")
           self.client.decr(self.inventory_key)
           print("扣減完成")
           self.unlock()
 
 
inv=Inventory()
inv.inventory()

到此，我們就把Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖就聊完了。既然都讀到了這里，不妨給個(gè)「三連」吧，你的三連就是我最大的動(dòng)力。

到此這篇關(guān)于Redis如何實(shí)現(xiàn)分布式鎖的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 分布式鎖內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！