大数据 -50 Redis Java Lua 实现乐观锁、WATCH 机制与 SETNX 分布式锁

作者：武子康

2025-07-24
山东
本文字数：5470 字
阅读完需：约 18 分钟

大数据-50 Redis Java Lua实现乐观锁、WATCH机制与SETNX分布式锁

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章节内容

上节我们完成了：

Redis 缓存相关的概念
缓存穿透、缓存击穿、数据不一致性等
HotKey、BigKey 等问题
针对上述问题提出一些解决方案

乐观锁深入解析

基本原理

乐观锁是一种并发控制机制，其核心思想是 CAS（Compare And Swap，比较并交换）。这种锁机制假设多个事务或线程在大多数情况下不会产生冲突，因此不需要加锁，而是通过版本控制来实现并发控制。

实现特点

非互斥性：乐观锁不会阻塞其他线程的访问，各线程可以同时读取数据
无锁等待：避免了传统锁机制中线程排队等待锁释放的资源消耗
重试机制：当检测到数据被修改时，操作会失败并需要重试，这可能导致一定性能开销

典型工作流程

读取数据时记录版本号或时间戳
修改数据前再次检查版本号是否变化
如果版本一致则提交修改并更新版本
如果版本不一致则丢弃当前修改并重试

应用场景

高并发读操作：系统读取远多于写入时特别适用
分布式系统：减少跨节点锁带来的性能问题
电商库存管理：多个用户同时抢购同一商品时
版本控制系统：如 Git 的合并冲突处理

优劣分析

优势：

响应速度快，适合低冲突场景
不会导致死锁问题
系统吞吐量通常较高

劣势：

冲突率高时重试开销大
需要应用程序处理重试逻辑
不保证操作一定成功

技术实现示例

在 Java 中，AtomicInteger 等原子类就是基于 CAS 实现的乐观锁机制：

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);counter.compareAndSet(expectedValue, newValue);  // 典型的CAS操作

复制代码

在数据库层面，可以通过版本号字段实现乐观锁：

UPDATE products SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = 123 AND version = 5  -- 确保版本未变

复制代码

Watch 实现

Redis 乐观锁实现详解

Redis 的 WATCH 命令是实现乐观锁的关键机制，它允许我们在执行事务前监视一个或多个键，如果在事务执行期间这些键的值被修改，整个事务就会被取消。以下是更为详细的实现步骤和说明：

监控阶段
使用 WATCH 命令监控指定的键（如：WATCH my_counter）
这个键可以是一个计数器、库存量或任何需要原子性更新的值
监控会持续到事务执行完成或取消
获取当前值
通过 GET 命令获取被监控键的当前值（如：GET my_counter）
将这个值存储在客户端本地以备后续计算使用
事务准备阶段
使用 MULTI 命令开始一个事务块
在事务中执行修改操作（如：INCR my_counter 或 SET my_counter new_value）
可以包含多个操作命令，它们将作为一个原子单元执行
事务执行阶段
使用 EXEC 命令执行事务
如果在 WATCH 和 EXEC 之间键的值未被修改，事务会成功执行
如果键的值被其他客户端修改，事务会返回 (nil) 表示执行失败
失败处理
当事务失败时，应该重新尝试整个流程（从 WATCH 开始）
通常需要设置最大重试次数以避免无限循环

应用场景举例：

电商系统中的库存扣减
分布式环境下的计数器
抢购系统中的商品限量购买

代码示例（伪代码）：

WATCH inventorycurrent = GET inventoryif current > 0:    MULTI    DECR inventory    EXECelse:    UNWATCH

复制代码

wacth 实现

暂时就先忽略编码规范的内容，就先实现即可。具体编写逻辑如下：

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {        String redisKey = "lock";        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(20);        try {            Jedis jedis = new Jedis("h121.wzk.icu", 6379);            jedis.del(redisKey);            jedis.set(redisKey, "0");            jedis.close();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }
        for (int i = 0; i < 300; i ++) {            executor.execute(() -> {                Jedis jedis = null;                try {                    jedis = new Jedis("h121.wzk.icu", 6379);                    jedis.watch(redisKey);                    String redisValue = jedis.get(redisKey);                    int value = Integer.valueOf(redisValue);                    String userInfo = UUID.randomUUID().toString();                    if (value < 20) {                        Transaction tx = jedis.multi();                        tx.incr(redisKey);                        List<Object> list = tx.exec();                        if (list != null && !list.isEmpty()) {                            System.out.println("获取锁成功, 用户信息: " + userInfo + " 成功人数: " + (value + 1));                        }                    } else {                        System.out.println("秒杀结束！");                    }                } catch (Exception e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    if (null != jedis) {                        jedis.close();                    }
                }            });        }        executor.shutdown();    }
}

复制代码

运行之后，会看到已经在进行争抢了：

获取锁成功, 用户信息: e6e06770-f274-4d89-8369-65babc2e3073 成功人数: 1获取锁成功, 用户信息: 2cc2803b-085e-47ee-9fe6-4bbe1f694fd5 成功人数: 2获取锁成功, 用户信息: 525ad22c-abb2-4f94-868a-cca981f9d768 成功人数: 3获取锁成功, 用户信息: 9af67396-798e-4e09-b524-6ddc5e1673ec 成功人数: 4···省略秒杀结束！获取锁成功, 用户信息: dba287f8-65f0-4da8-a131-05304164b3aa 成功人数: 18秒杀结束！获取锁成功, 用户信息: 05c5c5f9-f9cd-48b3-a266-c4ff3f256814 成功人数: 20秒杀结束！

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SETNX

setnx 详细介绍

基本概念

setnx（SET if Not eXists）是 Redis 提供的一个原子性操作命令，用于实现分布式锁。当且仅当 key 不存在时，将 key 的值设为 value；若 key 已经存在，则不做任何操作。

应用场景

1. 共享资源互斥

在分布式系统中，当多个进程/服务需要互斥地访问某个共享资源时（如数据库中的某条记录、文件系统中的某个文件等），可以使用 setnx 实现互斥访问。

示例场景：

电商系统中的库存扣减
秒杀系统中的商品抢购
支付系统的订单处理

2. 共享资源串行化

当需要对共享资源的访问进行有序控制时，setnx 可以确保同一时刻只有一个客户端能够操作该资源，其他客户端必须等待。

3. 单应用中的锁

在单进程多线程环境下，可以使用：

synchronized（Java 内置锁）
ReentrantLock（可重入锁）

但在分布式环境下，这些单机锁机制无法满足需求。

4. 分布式应用中的锁

在分布式系统中，由于涉及多个进程（可能部署在不同机器上），需要使用分布式锁来解决：

多进程之间的同步问题
多线程之间的同步问题

实现原理

Redis 的 setnx 命令特别适合实现分布式锁，这是因为：

Redis 的单线程特性保证了命令执行的原子性
setnx 操作本身是原子的，不存在竞态条件
通过设置 key 的过期时间可以避免死锁

典型实现方式

获取锁：SETNX lock_key unique_value
设置过期时间：EXPIRE lock_key timeout
释放锁：通过 Lua 脚本保证原子性删除

注意事项：

需要确保设置值和设置过期时间是原子操作
每个客户端应该使用唯一的 value 来标识自己
需要合理设置锁的超时时间

与其他方案的对比

相比 Zookeeper 等分布式协调服务实现的分布式锁，基于 Redis 的 setnx 实现：

优点：性能更高，实现简单
缺点：可靠性略低，需要处理锁续期等问题

SETNX 实现

获取锁方式 1 SET

public boolean getLock(String lockKey,String requestId,int expireTime) {    // NX:保证互斥性    // hset 原子性操作 只要lockKey有效 则说明有进程在使用分布式锁    String result = jedis.set(lockKey, requestId, "NX", "EX", expireTime);    if("OK".equals(result)) {        return true;    }    return false;}

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获取锁方式 2 SETNX

public boolean getLock(String lockKey,String requestId,int expireTime) {    Long result = jedis.setnx(lockKey, requestId);    if(result == 1) {        // 成功设置 进程down 永久有效 别的进程就无法获得锁        jedis.expire(lockKey, expireTime);        return true;    }    return false;}

复制代码

释放锁方式 1 del

注意，当调用 del 方法时候，如果这把锁已经不属于当前客户端了，比如已经过期了，而别的人拿到了这把锁，此时删除就会导致释放掉了别人的锁。

public static void releaseLock(String lockKey,String requestId) {    if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) {        jedis.del(lockKey);    }}

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释放锁方式 2 lua

public static boolean releaseLock(String lockKey, String requestId) {    String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return    redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";    Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey),    Collections.singletonList(requestId));    if (result.equals(1L)) {        return true;    }    return false;}

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Redisson 分布式锁

Redisson 介绍

Redisson 是一个基于 Redis 实现的 Java 驻内存数据网格（In-Memory Data Grid）框架。它提供了丰富的分布式 Java 对象和服务，包括分布式集合、分布式锁、分布式服务等高级功能，使开发者能够轻松构建分布式系统。

核心特性

基于 Redis 实现：Redisson 完全兼容 Redis 协议，可以直接连接 Redis 服务器
分布式服务：提供了分布式锁、分布式集合、分布式原子变量等常用分布式服务
高性能：基于 NIO 的 Netty 框架实现，具有优秀的网络通信性能
支持多种 Redis 部署模式：包括单节点、哨兵、集群等多种部署方式

技术架构

Redisson 采用 Netty 作为底层通信框架，通过异步非阻塞 I/O 实现高性能的网络通信。其核心架构包括：

连接管理器：管理 Redis 连接池
命令执行器：处理 Redis 命令的发送和响应
编解码器：负责数据的序列化和反序列化
监听器：处理 Redis 的订阅/发布消息

典型应用场景

分布式锁：解决分布式环境下的资源竞争问题
分布式集合：如分布式 Map、Set、List 等
分布式限流：控制系统的访问频率
分布式发布订阅：实现跨服务的消息通信

// 使用示例Config config = new Config();config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
// 获取分布式锁RLock lock = redisson.getLock("myLock");try {    lock.lock();    // 业务逻辑处理} finally {    lock.unlock();}

复制代码

Redisson 通过丰富的 API 和稳定的性能，成为 Java 开发者在分布式系统中常用的工具库之一。

添加依赖

<dependency>  <groupId>org.redisson</groupId>  <artifactId>redisson</artifactId>  <version>2.7.0</version></dependency>

复制代码

配置 Redisson

public class RedissonManager {
    private static final Config CONFIG = new Config();
    private static Redisson redisson = null;
    static {        CONFIG                .useClusterServers()                .setScanInterval(2000)                .addNodeAddress("redis://h121.wzk.icu:6379")                .addNodeAddress("redis://h122.wzk.icu:6379")                .addNodeAddress("redis://h123.wzk.icu:6379");        redisson = (Redisson) Redisson.create(CONFIG);    }
    public static Redisson getRedisson() {        return redisson;    }
}

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获取与释放锁

public class DistributedRedisLock {
    private static Redisson redisson = RedissonManager.getRedisson();
    private static final String LOCK_TITLE = "redisLock_";
    public static boolean acquire(String lockName) {        String key = LOCK_TITLE  + lockName;        RLock rLock = redisson.getLock(key);        rLock.lock(3, TimeUnit.SECONDS);        return true;    }
    public static void release(String lockName) {        String key = LOCK_TITLE  + lockName;        RLock rLock = redisson.getLock(key);        rLock.unlock();    }
}

复制代码

业务使用

public String discount() throws IOException{    String key = "lock001";    // 加锁    DistributedRedisLock.acquire(key);    // 执行具体业务逻辑    dosoming    // 释放锁    DistributedRedisLock.release(key);    // 返回结果    return soming;}

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实现原理

分布式锁特性

互斥性：任意时刻，只能有一个客户端获取锁，不能同时有两个客户端获取到锁。
同一性：锁只能被持有该锁客户端删除，不能由其他客户端删除
可重入性：持有某个客户端可持续对该锁加锁实现锁的续租
容错性：超过生命周期会自动进行释放，其他客户端可以获取到锁

常见分布式锁对比

发布于: 刚刚阅读数: 4

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/bfbad5427f0b34aa647983845】。文章转载请联系作者。

武子康

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永远好奇无限进步 2019-04-14 加入

Hi, I'm Zikang，好奇心驱动的探索者 | INTJ / INFJ 我热爱探索一切值得深究的事物。对技术、成长、效率、认知、人生有着持续的好奇心和行动力。坚信「飞轮效应」，相信每一次微小的积累，终将带来深远的改变。

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基本原理

实现特点

典型工作流程

应用场景

优劣分析

技术实现示例

Watch 实现

Redis 乐观锁实现详解

wacth 实现

SETNX

setnx 详细介绍

基本概念

应用场景

1. 共享资源互斥

2. 共享资源串行化

3. 单应用中的锁

4. 分布式应用中的锁

实现原理

典型实现方式

与其他方案的对比

SETNX 实现

获取锁方式 1 SET

获取锁方式 2 SETNX

释放锁方式 1 del

释放锁方式 2 lua

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