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基于redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的原理與方法

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前言

系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大,分布式鎖是最基本的保障。與單機(jī)的多線(xiàn)程不一樣的是,分布式跨多個(gè)機(jī)器。線(xiàn)程的共享變量無(wú)法跨機(jī)器。

為了保證一個(gè)在高并發(fā)存場(chǎng)景下只能被同一個(gè)線(xiàn)程操作,java并發(fā)處理提供ReentrantLock或Synchronized進(jìn)行互斥控制。但是這僅僅對(duì)單機(jī)環(huán)境有效。我們實(shí)現(xiàn)分布式鎖大概通過(guò)三種方式。

  • redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖
  • 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖
  • zk實(shí)現(xiàn)分布式鎖

今天我們介紹通過(guò)redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖。實(shí)際上這三種和java對(duì)比看屬于一類(lèi)。都是屬于程序外部鎖。

原理剖析

  • 上述三種分布式鎖都是通過(guò)各自為依據(jù)對(duì)各個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行上鎖,解鎖從而控制放行還是拒絕。redis鎖是基于其提供的setnx命令。
  • setnx當(dāng)且僅當(dāng)key不存在。若給定key已經(jīng)存在,則setnx不做任何動(dòng)作。setnx是一個(gè)原子性操作。
  • 和數(shù)據(jù)庫(kù)分布式相比,因?yàn)閞edis內(nèi)存輕量。所以redis分布式鎖性能更好

實(shí)現(xiàn)

原理很簡(jiǎn)單。結(jié)合springboot項(xiàng)目我們實(shí)現(xiàn)一套通過(guò)注解形式對(duì)接口進(jìn)行庫(kù)存上鎖案例進(jìn)行理解

編寫(xiě)注解

我們編寫(xiě)注解。方便我們?cè)诮涌谏咸砑幼⒔馓峁r截信息

/**
 * @author 張新華
 * @version V1.0
 * @Package com.ay.framework.order.redis.product
 * @date 2020年03月26日, 0026 10:29
 * @Copyright © 2020 安元科技有限公司
 */
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface StockLock {

  /**
   * @author zxhtom
   * @Description 鎖key的前綴
   * @Date 15:25 2020年03月25日, 0025
   * @Param []
   * @return java.lang.String
   */
  String prefix() default "";
  /**
   * @author zxhtom
   * @Description key的分隔符
   * @Date 15:27 2020年03月25日, 0025
   * @Param []
   * @return java.lang.String
   */
  String delimiter() default ":";
}
/**
 * @author 張新華
 * @version V1.0
 * @Package com.ay.framework.order.redis.product
 * @date 2020年03月26日, 0026 11:09
 * @Copyright © 2020 安元科技有限公司
 */
@Target({ElementType.PARAMETER , ElementType.METHOD , ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface StockParam {
  /**
  * @author zxhtom
  * @Description 組成key
  * @Date 11:11 2020年03月26日, 0026
  * @Param []
  * @return java.lang.String[]
  */
  String[] names() default {""};
}

攔截器攔截

redis分布式鎖實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵就是攔截器的編寫(xiě)。上面的注解只是為了實(shí)現(xiàn)攔截的一個(gè)輔助。

@Around("execution(public * *(..))  @annotation(com.ay.framework.order.redis.product.StockLock)")

通過(guò)springboot的Around進(jìn)行針對(duì)StockLock注解的攔截。通過(guò)攔截我們可以獲取到攔截的方法、參數(shù)、及需要的鎖的參數(shù)。

我們獲取到需要鎖的名稱(chēng)這里叫做【a】之后通過(guò)redis的原子性操作對(duì)該key進(jìn)行遞減操作。

為了方便我們?cè)谙鳒p庫(kù)存的時(shí)候可以對(duì)庫(kù)存進(jìn)行更新操作。我們?cè)谶f減庫(kù)存前還需要借助于另一把鎖。 這一把鎖我們叫做【a_key】

換句話(huà)說(shuō)我們接口想訪(fǎng)問(wèn)就必須獲取【a】鎖,拿到【a】鎖需要減少庫(kù)存。減少庫(kù)存之前需要獲取【a_key】鎖。

拿到鎖之后處理完邏輯之后我們需要釋放對(duì)應(yīng)鎖。

RedisAtomicLong entityIdCounter = new RedisAtomicLong(lockKey, redisTemplate.getConnectionFactory());
  if (redisTemplate.hasKey(CoreConstants.UPDATEPRODUCTREDISLOCKKEY + lockKey)) {
    //表示lockKey的庫(kù)存信息有變動(dòng)。此時(shí)無(wú)法進(jìn)行交易
    throw new BusinessException("庫(kù)存變動(dòng)。暫無(wú)法交易");
  }
  Long increment = entityIdCounter.decrementAndGet();
  if (increment >= 0) {
    try {
      Object proceed = pjp.proceed();
    } catch (Throwable throwable) {
      //所占資源需要釋放回資源池
      while (!redisLock.tryGetLock(CoreConstants.UPDATEPRODUCTREDISLOCKKEY + lockKey, "")) {

      }
      //表示lockKey的庫(kù)存信息有變動(dòng)。此時(shí)無(wú)法進(jìn)行交易
      long l = entityIdCounter.incrementAndGet();
      if (l  1) {
        redisTemplate.opsForValue().set(lockKey,1);
      }
      redisLock.unLock(CoreConstants.UPDATEPRODUCTREDISLOCKKEY + lockKey);
      throwable.printStackTrace();
    }
  } else {
    redisTemplate.opsForValue().set(lockKey,0);
    throw new BusinessException("庫(kù)存不足!無(wú)法操作");
  }

因?yàn)槲覀兩湘i就需要釋放鎖。但是程序在中途處理業(yè)務(wù)是發(fā)生異常導(dǎo)致沒(méi)有走到釋放鎖的步驟。這個(gè)時(shí)候就導(dǎo)致我們的分布式鎖一直被鎖。俗稱(chēng)【死鎖】。為了避免這種場(chǎng)景的發(fā)生。我們常常在上鎖的時(shí)候給一個(gè)有效期。有效期已過(guò)自動(dòng)釋放鎖。這個(gè)特性恰好和redis的過(guò)期策略不摩爾和。

上述提及工具

RedisLock

public Boolean tryGetLock(String key , String value) {
  return tryGetLock(key, value, -1, TimeUnit.DAYS);
}
public Boolean tryGetLock(String key , String value, Integer expire) {
  return tryGetLock(key, value, expire, TimeUnit.SECONDS);
}
public Boolean tryGetLock(String key , String value, Integer expire , TimeUnit timeUnit) {
  ValueOperations operations = redisTemplate.opsForValue();
  if (operations.setIfAbsent(key, value)) {
    //說(shuō)明 redis沒(méi)有該key , 換言之 加鎖成功 設(shè)置過(guò)期時(shí)間防止死鎖
    if (expire > 0) {
      redisTemplate.expire(key, expire, timeUnit);
    }
    return true;
  }
  return false;
}

public Boolean unLock(String key) {
  return redisTemplate.delete(key);
}

StockKeyGenerator

@Component()
@Primary
public class StockKeyGenerator implements CacheKeyGenerator {
  @Override
  public String getLockKey(ProceedingJoinPoint pjp) {
    //獲取方法簽名
    MethodSignature signature = (MethodSignature) pjp.getSignature();
    Method method = signature.getMethod();
    //獲取方法cacheLock注解
    StockLock stockLock = method.getAnnotation(StockLock.class);
    //獲取方法參數(shù)
    Object[] args = pjp.getArgs();
    Parameter[] parameters = method.getParameters();
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i  parameters.length; i++) {
      StockParam stockParam = parameters[i].getAnnotation(StockParam.class);
      Object arg = args[i];
      if (arg instanceof Map) {
        MapString, Object> temArgMap = (MapString, Object>) arg;
        String[] names = stockParam.names();
        for (String name : names) {
          if (builder.length() > 0) {
            builder.append(stockLock.delimiter());
          }
          builder.append(temArgMap.get(name));
        }
      }

    }
    return builder.toString();
  }
}

問(wèn)題分析

上面分析了一個(gè)死鎖的場(chǎng)景,理論上出了死鎖我們r(jià)edis分布鎖很好的解決了分布式問(wèn)題。但是還是會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。下面列舉寫(xiě)小編遇到的問(wèn)題。

業(yè)務(wù)處理時(shí)間>上鎖過(guò)期時(shí)間

a線(xiàn)程獲取到鎖,開(kāi)始進(jìn)行業(yè)務(wù)處理需要8S,

在8S內(nèi),鎖的有效期是5S,在鎖過(guò)期后也就是第6S , b線(xiàn)程進(jìn)入開(kāi)始獲取鎖這個(gè)時(shí)候b是可以獲取到新鎖的。這個(gè)時(shí)候就是有問(wèn)題的。

假設(shè)b線(xiàn)程業(yè)務(wù)處理只需要3S , 但是因?yàn)閍線(xiàn)程釋放了鎖,所以在第8S的時(shí)候雖然b線(xiàn)程沒(méi)有釋放鎖,b的鎖也沒(méi)有過(guò)期但是這時(shí)候也沒(méi)有了鎖。從而導(dǎo)致C線(xiàn)程也可以進(jìn)入

總結(jié)

到此這篇基于redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的原理與方法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)redis分布式鎖內(nèi)容請(qǐng)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!

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