Redis 分布式锁课堂开课了!

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小闫
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发布于: 2020 年 07 月 03 日
Redis分布式锁课堂开课了!

正文-开门见山

谈起redis锁,下面三个,算是出现最多的高频词汇:



  • setnx

  • redLock

  • redisson



setnx

其实目前通常所说的setnx命令,并非单指redis的setnx key value这条命令。



一般代指redis中对set命令加上nx参数进行使用, set这个命令,目前已经支持这么多参数可选:



SET key value [EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX] [KEEPTTL]



当然了,就不在文章中默写Api了,基础参数还有不清晰的,可以蹦到官网[https://redis.io/commands/set]。





上图是笔者画的setnx大致原理,主要依托了它的key不存在才能set成功的特性,进程A拿到锁,在没有删除锁的Key时,进程B自然获取锁就失败了。



那么为什么要使用PX 30000去设置一个超时时间?



是怕进程A不讲道理啊,锁没等释放呢,万一崩了,直接原地把锁带走了,导致系统中谁也拿不到锁。





就算这样,还是不能保证万无一失。



如果进程A又不讲道理,操作锁内资源超过笔者设置的超时时间,那么就会导致其他进程拿到锁,等进程A回来了,回手就是把其他进程的锁删了,如图:





还是刚才那张图,将T5时刻改成了锁超时,被redis释放。



进程BT6开开心心拿到锁不到一会,进程A操作完成,回手一个del,就把锁释放了。



进程B操作完成,去释放锁的时候(图中T8时刻):





找不到锁其实还算好的,万一T7时刻有个进程C过来加锁成功,那么进程B就把进程C的锁释放了。 以此类推,进程C可能释放进程D的锁,进程D....(禁止套娃),具体什么后果就不得而知了。



所以在用setnx的时候,key虽然是主要作用,但是value也不能闲着,可以设置一个唯一的客户端ID,或者用UUID这种随机数。



当解锁的时候,先获取value判断是否是当前进程加的锁,再去删除。伪代码



String uuid = xxxx;// 伪代码,具体实现看项目中用的连接工具// 有的提供的方法名为set 有的叫setIfAbsentset Test uuid NX PX 3000try{// biz handle....} finally {// unlockif(uuid.equals(redisTool.get('Test')){redisTool.del('Test');}}复制代码



这回看起来是不是稳了。



相反,这回的问题更明显了,在finally代码块中,get和del并非原子操作,还是有进程安全问题。



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为什么有问题还说这么多呢?



第一,搞清劣势所在,才能更好的完善。



第二点,其实上文中最后这段代码,还是有很多公司在用的。



大小项目悖论:大公司实现规范,但是小司小项目虽然存在不严谨,可并发倒也不高,出问题的概率和大公司一样低。 -- 鲁迅





那么删除锁的正确姿势之一,就是可以使用lua脚本,通过redis的eval/evalsha命令来运行:



-- lua删除锁:-- KEYS和ARGV分别是以集合方式传入的参数,对应上文的Test和uuid。-- 如果对应的value等于传入的uuid。if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]then-- 执行删除操作return redis.call('del', KEYS[1])else-- 不成功,返回0return 0end复制代码



通过lua脚本能保证原子性的原因说的通俗一点:



就算你在lua里写出花,执行也是一个命令(eval/evalsha)去执行的,一条命令没执行完,其他客户端是看不到的。



那么既然这么麻烦,有没有比较好的工具呢? 就要说到redisson了。






介绍redisson之前,笔者简单解释一下为什么现在的setnx默认是指set命令带上nx参数,而不是直接说是setnx这个命令。



因为redis版本在2.6.12之前,set是不支持nx参数的,如果想要完成一个锁,那么需要两条命令:



1. setnx Test uuid2. expire Test 30复制代码



即放入Key和设置有效期,是分开的两步,理论上会出现1刚执行完,程序挂掉,无法保证原子性。



但是早在2013年,也就是7年前,Redis就发布了2.6.12版本,并且官网(set命令页),也早早就说明了“SETNX, SETEX, PSETEX可能在未来的版本中,会弃用并永久删除”。



笔者曾阅读过一位大佬的文章,其中就有一句指导入门者的面试小套路,具体文字忘记了,大概意思如下:



说到redis锁的时候,可以先从setnx讲起,最后慢慢引出set命令的可以加参数,可以体现出自己的知识面。



如果有缘你也阅读过这篇文章,并且学到了这个套路,作为本文的笔者我要加一句提醒:



请注意你的工作年限!首先回答官网表明即将废弃的命令,再引出set命令七年前的“新特性”,如果是刚毕业不久的人这么说,面试官会以为自己穿越了。



你套路面试官,面试官也会套路你。 -- vt・沃兹基硕德



redisson

Redisson是java的redis客户端之一,提供了一些api方便操作redis。



但是redisson这个客户端可有点厉害,笔者在官网截了仅仅是一部分的图:





这个特性列表可以说是太多了,是不是还看到了一些JUC包下面的类名,redisson帮我们搞了分布式的版本,比如AtomicLong,直接用RedissonAtomicLong就行了,连类名都不用去新记,很人性化了。



锁只是它的冰山一角,并且从它的wiki页面看到,对主从,哨兵,集群等模式都支持,当然了,单节点模式肯定是支持的。



本文还是以锁为主,其他的不过多介绍。



Redisson普通的锁实现源码主要是RedissonLock这个类,还没有看过它源码的盆友,不妨去瞧一瞧。



源码中加锁/释放锁操作都是用lua脚本完成的,封装的非常完善,开箱即用。



这里有个小细节,加锁使用setnx就能实现,也采用lua脚本是不是多此一举? 笔者也非常严谨的思考了一下:这么厉害的东西哪能写废代码?





其实笔者仔细看了一下,加锁解锁的lua脚本考虑的非常全面,其中就包括锁的重入性,这点可以说是考虑非常周全,我也随手写了代码测试一下:





的确用起来像jdk的ReentrantLock一样丝滑,那么redisson实现的已经这么完善,redLock又是什么?



RedLock



redLock的中文是直译过来的,就叫红锁



红锁并非是一个工具,而是redis官方提出的一种分布式锁的算法



就在刚刚介绍完的redisson中,就实现了redLock版本的锁。也就是说除了getLock方法,还有getRedLock方法。



笔者大概画了一下对红锁的理解:





如果你不熟悉redis高可用部署,那么没关系。redLock算法虽然是需要多个实例,但是这些实例都是独自部署的,没有主从关系。



RedLock作者指出,之所以要用独立的,是避免了redis异步复制造成的锁丢失,比如:主节点没来的及把刚刚set进来这条数据给从节点,就挂了。



有些人是不是觉得大佬们都是杠精啊,天天就想着极端情况。 其实高可用嘛,拼的就是99.999...% 中小数点后面的位数。



回到上面那张简陋的图片,红锁算法认为,只要2N + 1个节点加锁成功,那么就认为获取了锁, 解锁时将所有实例解锁。 流程为:



  1. 顺序向五个节点请求加锁

  2. 根据一定的超时时间来推断是不是跳过该节点

  3. 三个节点加锁成功并且花费时间小于锁的有效期

  4. 认定加锁成功



也就是说,假设锁30秒过期,三个节点加锁花了31秒,自然是加锁失败了。



这只是举个例子,实际上并不应该等每个节点那么长时间,就像官网所说的那样,假设有效期是10,那么单个redis实例操作超时时间,应该在5到50毫秒(注意时间单位)



还是假设我们设置有效期是30秒,图中超时了两个redis节点。 那么加锁成功的节点总共花费了3秒,所以锁的实际有效期是小于27秒的。



即扣除加锁成功三个实例的3秒,还要扣除等待超时redis实例的总共时间。



看到这,你有可能对这个算法有一些疑问,那么你不是一个人。



回头看看Redis官网关于红锁的描述



就在这篇描述页面的最下面,你能看到著名的关于红锁的神仙打架事件。





即Martin Kleppmann和antirez的redLock辩论. 一个是很有资历的分布式架构师,一个是redis之父。



官方挂人,最为致命。



开个玩笑,要是质疑能被官方挂到官网,说明肯定是有价值的。



所以说如果项目里要使用红锁,除了红锁的介绍,不妨要多看两篇文章,即:



  1. Martin Kleppmann的质疑贴

  2. antirez的反击贴



总结

看了这么多,是不是发现如何实现,都不能保证100%的稳定。



程序就是这样,没有绝对的稳定,所以做好人工补偿环节也是重要的一环,毕竟:



技术不够,人工来凑~



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但愿人没变,愿似心长久! 2020.07.02 加入

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