Redis實現(xiàn)分布式鎖的幾種方法總結(jié)
分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)之間同步訪問共享資源的一種方式。在分布式系統(tǒng)中，常常需要協(xié)調(diào)他們的動作。如果不同的系統(tǒng)或是同一個系統(tǒng)的不同主機之間共享了一個或一組資源，那么訪問這些資源的時候，往往需要互斥來防止彼此干擾來保證一致性，在這種情況下，便需要使用到分布式鎖。
我們來假設(shè)一個最簡單的秒殺場景：數(shù)據(jù)庫里有一張表，column分別是商品ID，和商品ID對應(yīng)的庫存量，秒殺成功就將此商品庫存量-1。現(xiàn)在假設(shè)有1000個線程來秒殺兩件商品，500個線程秒殺第一個商品，500個線程秒殺第二個商品。我們來根據(jù)這個簡單的業(yè)務(wù)場景來解釋一下分布式鎖。
通常具有秒殺場景的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都比較復(fù)雜，承載的業(yè)務(wù)量非常巨大，并發(fā)量也很高。這樣的系統(tǒng)往往采用分布式的架構(gòu)來均衡負載。那么這1000個并發(fā)就會是從不同的地方過來，商品庫存就是共享的資源，也是這1000個并發(fā)爭搶的資源，這個時候我們需要將并發(fā)互斥管理起來。這就是分布式鎖的應(yīng)用。
1.實現(xiàn)分布式鎖的幾種方案
1.Redis實現(xiàn) (推薦)
2.Zookeeper實現(xiàn)
3.數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)
Redis實現(xiàn)分布式鎖
*
* 在集群等多服務(wù)器中經(jīng)常使用到同步處理一下業(yè)務(wù)，這是普通的事務(wù)是滿足不了業(yè)務(wù)需求，需要分布式鎖
*
* 分布式鎖的常用3種實現(xiàn)：
* 0.數(shù)據(jù)庫樂觀鎖實現(xiàn)
* 1.Redis實現(xiàn) --- 使用redis的setnx()、get()、getset()方法，用于分布式鎖，解決死鎖問題
* 2.Zookeeper實現(xiàn)
* 參考：http://surlymo.iteye.com/blog/2082684
* https://www.jb51.net/article/103617.htm
* http://www.hollischuang.com/archives/1716?utm_source=tuicoolutm_medium=referral
* 1、實現(xiàn)原理：
基于zookeeper瞬時有序節(jié)點實現(xiàn)的分布式鎖，其主要邏輯如下（該圖來自于IBM網(wǎng)站）。大致思想即為：每個客戶端對某個功能加鎖時，在zookeeper上的與該功能對應(yīng)的指定節(jié)點的目錄下，生成一個唯一的瞬時有序節(jié)點。判斷是否獲取鎖的方式很簡單，只需要判斷有序節(jié)點中序號最小的一個。當(dāng)釋放鎖的時候，只需將這個瞬時節(jié)點刪除即可。同時，其可以避免服務(wù)宕機導(dǎo)致的鎖無法釋放，而產(chǎn)生的死鎖問題。
2、優(yōu)點
鎖安全性高，zk可持久化
3、缺點
性能開銷比較高。因為其需要動態(tài)產(chǎn)生、銷毀瞬時節(jié)點來實現(xiàn)鎖功能。
4、實現(xiàn)
可以直接采用zookeeper第三方庫curator即可方便地實現(xiàn)分布式鎖
*
* Redis實現(xiàn)分布式鎖的原理：
* 1.通過setnx(lock_timeout)實現(xiàn)，如果設(shè)置了鎖返回1， 已經(jīng)有值沒有設(shè)置成功返回0
* 2.死鎖問題：通過實踐來判斷是否過期，如果已經(jīng)過期，獲取到過期時間get(lockKey)，然后getset(lock_timeout)判斷是否和get相同，
* 相同則證明已經(jīng)加鎖成功，因為可能導(dǎo)致多線程同時執(zhí)行g(shù)etset(lock_timeout)方法，這可能導(dǎo)致多線程都只需getset后，對于判斷加鎖成功的線程，
* 再加expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS)過期時間，防止多個線程同時疊加時間，導(dǎo)致鎖時效時間翻倍
* 3.針對集群服務(wù)器時間不一致問題，可以調(diào)用redis的time()獲取當(dāng)前時間
2.Redis分分布式鎖的代碼實現(xiàn)
1.定義鎖接口
package com.jay.service.redis;
/**
* Redis分布式鎖接口
* Created by hetiewei on 2017/4/7.
*/
public interface RedisDistributionLock {
/**
* 加鎖成功，返回加鎖時間
* @param lockKey
* @param threadName
* @return
*/
public long lock(String lockKey, String threadName);
/**
* 解鎖， 需要更新加鎖時間，判斷是否有權(quán)限
* @param lockKey
* @param lockValue
* @param threadName
*/
public void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName);
/**
* 多服務(wù)器集群，使用下面的方法，代替System.currentTimeMillis()，獲取redis時間，避免多服務(wù)的時間不一致問題！??！
* @return
*/
public long currtTimeForRedis();
}
2.定義鎖實現(xiàn)
package com.jay.service.redis.impl;
import com.jay.service.redis.RedisDistributionLock;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.RedisSerializer;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* Created by hetiewei on 2017/4/7.
*/
public class RedisLockImpl implements RedisDistributionLock {
//加鎖超時時間，單位毫秒， 即：加鎖時間內(nèi)執(zhí)行完操作，如果未完成會有并發(fā)現(xiàn)象
private static final long LOCK_TIMEOUT = 5*1000;
private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(RedisLockImpl.class);
private StringRedisTemplate redisTemplate;
public RedisLockImpl(StringRedisTemplate redisTemplate) {
this.redisTemplate = redisTemplate;
}
/**
* 加鎖
* 取到鎖加鎖，取不到鎖一直等待知道獲得鎖
* @param lockKey
* @param threadName
* @return
*/
@Override
public synchronized long lock(String lockKey, String threadName) {
LOG.info(threadName+"開始執(zhí)行加鎖");
while (true){ //循環(huán)獲取鎖
//鎖時間
Long lock_timeout = currtTimeForRedis()+ LOCK_TIMEOUT +1;
if (redisTemplate.execute(new RedisCallbackBoolean>() {
@Override
public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
//定義序列化方式
RedisSerializerString> serializer = redisTemplate.getStringSerializer();
byte[] value = serializer.serialize(lock_timeout.toString());
boolean flag = redisConnection.setNX(lockKey.getBytes(), value);
return flag;
}
})){
//如果加鎖成功
LOG.info(threadName +"加鎖成功 ++++ 111111");
//設(shè)置超時時間，釋放內(nèi)存
redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS);
return lock_timeout;
}else {
//獲取redis里面的時間
String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
Long currt_lock_timeout_str = result==null?null:Long.parseLong(result);
//鎖已經(jīng)失效
if (currt_lock_timeout_str != null currt_lock_timeout_str System.currentTimeMillis()){
//判斷是否為空，不為空時，說明已經(jīng)失效，如果被其他線程設(shè)置了值，則第二個條件判斷無法執(zhí)行
//獲取上一個鎖到期時間，并設(shè)置現(xiàn)在的鎖到期時間
Long old_lock_timeout_Str = Long.valueOf(redisTemplate.opsForValue().getAndSet(lockKey, lock_timeout.toString()));
if (old_lock_timeout_Str != null old_lock_timeout_Str.equals(currt_lock_timeout_str)){
//多線程運行時，多個線程簽好都到了這里，但只有一個線程的設(shè)置值和當(dāng)前值相同，它才有權(quán)利獲取鎖
LOG.info(threadName + "加鎖成功 ++++ 22222");
//設(shè)置超時間，釋放內(nèi)存
redisTemplate.expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS);
//返回加鎖時間
return lock_timeout;
}
}
}
try {
LOG.info(threadName +"等待加鎖， 睡眠100毫秒");
// TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/**
* 解鎖
* @param lockKey
* @param lockValue
* @param threadName
*/
@Override
public synchronized void unlock(String lockKey, long lockValue, String threadName) {
LOG.info(threadName + "執(zhí)行解鎖==========");//正常直接刪除 如果異常關(guān)閉判斷加鎖會判斷過期時間
//獲取redis中設(shè)置的時間
String result = redisTemplate.opsForValue().get(lockKey);
Long currt_lock_timeout_str = result ==null?null:Long.valueOf(result);
//如果是加鎖者，則刪除鎖， 如果不是，則等待自動過期，重新競爭加鎖
if (currt_lock_timeout_str !=null currt_lock_timeout_str == lockValue){
redisTemplate.delete(lockKey);
LOG.info(threadName + "解鎖成功------------------");
}
}
/**
* 多服務(wù)器集群，使用下面的方法，代替System.currentTimeMillis()，獲取redis時間，避免多服務(wù)的時間不一致問題?。?！
* @return
*/
@Override
public long currtTimeForRedis(){
return redisTemplate.execute(new RedisCallbackLong>() {
@Override
public Long doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
return redisConnection.time();
}
});
}
}
3.分布式鎖驗證
@RestController
@RequestMapping("/distribution/redis")
public class RedisLockController {
private static final String LOCK_NO = "redis_distribution_lock_no_";
private static int i = 0;
private ExecutorService service;
@Autowired
private StringRedisTemplate redisTemplate;
/**
* 模擬1000個線程同時執(zhí)行業(yè)務(wù)，修改資源
*
* 使用線程池定義了20個線程
*
*/
@GetMapping("lock1")
public void testRedisDistributionLock1(){
service = Executors.newFixedThreadPool(20);
for (int i=0;i1000;i++){
service.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
task(Thread.currentThread().getName());
}
});
}
}
@GetMapping("/{key}")
public String getValue(@PathVariable("key") String key){
Serializable result = redisTemplate.opsForValue().get(key);
return result.toString();
}
private void task(String name) {
// System.out.println(name + "任務(wù)執(zhí)行中"+(i++));
//創(chuàng)建一個redis分布式鎖
RedisLockImpl redisLock = new RedisLockImpl(redisTemplate);
//加鎖時間
Long lockTime;
if ((lockTime = redisLock.lock((LOCK_NO+1)+"", name))!=null){
//開始執(zhí)行任務(wù)
System.out.println(name + "任務(wù)執(zhí)行中"+(i++));
//任務(wù)執(zhí)行完畢 關(guān)閉鎖
redisLock.unlock((LOCK_NO+1)+"", lockTime, name);
}
}
}
4.結(jié)果驗證：
在Controller中模擬了1000個線程，通過線程池方式提交，每次20個線程搶占分布式鎖，搶到分布式鎖的執(zhí)行代碼，沒搶到的等待
結(jié)果如下：
2017-04-07 16:27:17.385 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-4等待加鎖， 睡眠100毫秒
2017-04-07 16:27:17.385 INFO 8652 --- [pool-2-thread-7] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-7解鎖成功------------------
2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-5加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-5任務(wù)執(zhí)行中994
2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-5執(zhí)行解鎖==========
2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-1等待加鎖， 睡眠100毫秒
2017-04-07 16:27:17.391 INFO 8652 --- [pool-2-thread-5] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-5解鎖成功------------------
2017-04-07 16:27:17.397 INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-6加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-6任務(wù)執(zhí)行中995
2017-04-07 16:27:17.398 INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-6執(zhí)行解鎖==========
2017-04-07 16:27:17.398 INFO 8652 --- [pool-2-thread-6] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-6解鎖成功------------------
2017-04-07 16:27:17.400 INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-19加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-19任務(wù)執(zhí)行中996
2017-04-07 16:27:17.400 INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-19執(zhí)行解鎖==========
2017-04-07 16:27:17.400 INFO 8652 --- [ool-2-thread-19] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-19解鎖成功------------------
2017-04-07 16:27:17.571 INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-11加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-11任務(wù)執(zhí)行中997
2017-04-07 16:27:17.572 INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-11執(zhí)行解鎖==========
2017-04-07 16:27:17.572 INFO 8652 --- [ool-2-thread-11] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-11解鎖成功------------------
2017-04-07 16:27:17.585 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-4加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-4任務(wù)執(zhí)行中998
2017-04-07 16:27:17.586 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-4執(zhí)行解鎖==========
2017-04-07 16:27:17.586 INFO 8652 --- [pool-2-thread-4] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-4解鎖成功------------------
2017-04-07 16:27:17.591 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-1加鎖成功 ++++ 111111
pool-2-thread-1任務(wù)執(zhí)行中999
2017-04-07 16:27:17.591 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-1執(zhí)行解鎖==========
2017-04-07 16:27:17.591 INFO 8652 --- [pool-2-thread-1] c.jay.service.redis.impl.RedisLockImpl : pool-2-thread-1解鎖成功------------------
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