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Java三种方式实现redis分布式锁

魔都魅影梅杜萨 2022-08-03 阅读 147

一、引入原因

在分布式服务中,常常有如定时任务、库存更新这样的场景。

在定时任务中,如果不使用quartz这样的分布式定时工具,只是简单的使用定时器来进行定时任务,在服务分布式部署中,就有可能存在定时任务并发执行,造成一些问题。

在库存更新这样的场景中,我们服务对数据库同一条记录进行更新,并记录。对记录更新可以使用分布式锁,但对操作进行记录时,可能造成读未提交,造成记录错乱的情况。

在以上的场景中,我们引入了分布式事务锁。

二、分布式锁实现过程中的问题

问题一:异常导致锁没有释放

这个问题形成的原因就是程序在获取到锁之后,执行业务的过程中出现了异常,导致锁没有被释放。通俗的话说:上厕所的人死在了厕所里面,导致“坑位”资源死锁无法被释放。(当然这种情况出现的概率很小,但概率小不等于不存在。)

解决方案: 为redis的key设置过期时间,程序异常导致的死锁,在到达过期时间之后锁自动释放。也就说厕所门是电子锁,锁定的最长时间是有限制的,超过时长锁就会自动打开释放"坑位"资源。

image-20220428112311092

问题二:获取锁与设置过期时间操作不是原子性的

上文中我们虽然获取到锁,也设置了过期时间,看似完美。但是在高并发的场景下仍然会出问题,因为“获取锁”与“设置过期时间”是两个redis操作,两个redis操作不是原子性的。
可能出现这种情况:就在获取锁之后,设置过期时间之前程序宕机了。锁被获取到了但没有设置过期时间,最后又成为死锁。

解决方案: 获取锁的同时设置过期时间

image-20220428112803792

问题三:锁过期之后被别的线程重新获取与释放

这个问题出现的场景是:假如某个应用集群化部署存在多个进程实例,实例A、实例B。实例A获取到锁,但是执行过程超时了(数据库层面或其他层面导致操作执行超时)。超时之后锁被自动释放了,实例B获取到锁,并执行业务程序,执行完成之后把锁删除了。

解决方案: 在释放锁之前判断一下,这把锁是不是自己的那一把,如果是别人的锁你就不要动。怎么判断这把锁是不是自己的?加锁时为value赋随机值,加锁的随机值等于解锁时的获取到的值,才能证明这把锁是你的。

问题四:锁的释放不是原子性的

大家仔细看代码,锁的释放时三个操作,这三个操作不是原子性的。也就是说在高并发的场景下,你刚get到的redis key有可能也被别的线程get了,你刚要删除别的线程可能已经把这个key删除了。

解决方案: 我们可以使用redis lua脚本(lua脚本是在一个事务里面执行的,可以保证原子性)。在Java代码中可以以字符串的形式存在。如下:

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

问题五:其他的问题?

上面我们分析了很多使用redis实现分布式锁可能出现的问题及解决方案,其实在实际的开发应用中还会有更多的问题。比如:

  • 目前我们的程序获取不到锁,就无限的重试,是不是应该在重试一定的次数之后就抛出异常?在有限的时间内通过异常给用户一个友好的响应。比如:程序太忙,请您稍后再试!
  • 程序A没有执行完成,锁定的key就过期了。虽然过期之后会自动释放锁,但是我的程序A的确没有执行完成啊,也没有异常抛出,就是执行的时间比较长,这个时候是不是应该对锁定的key进行续期?

这些问题在高并发场景下会出现,实际上分布式锁的细节实践有很多的现成的解决方案,不用我们去自己实现。比较完整优秀的分布式锁实现包括:

  • RedisLockRegistry是spring-integration-redis中提供redis分布式锁实现类
  • 基于Redisson实现分布式锁原理(Redission是一个独立的redis客户端,是与Jedis、Lettuce同级别的存在)

三、具体实现

1. RedisTemplate

RedisTemplate<String, String> redisTemplate;

public void updateUserWithRedisLock(SysUser sysUser) throws InterruptedException {
  // 占分布式锁,去redis占坑
  // 1. 分布式锁占坑
Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("SysUserLock" + sysUser.getId(), "value", 30, TimeUnit.SECONDS);
  if(lock) {
    //加锁成功... 
		// todo business
    
    
    redisTemplate.delete("SysUserLock" + sysUser.getId());   //删除key,释放锁
  } else {
    Thread.sleep(100);   // 加锁失败,重试
    updateUserWithRedisLock(sysUser);
  }
}

setIfAbsent方法的作用是在某一个lock key不存在的时候,才能返回true;如果这个key已经存在了就返回false,返回false就是获取锁失败。setIfAbsent函数功能类似于redis命令行setnx。

2. RedisLockRegistry

  • 集成spring-integration-redis

    <dependency>
         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
         <artifactId>spring-boot-starter-integration</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
         <groupId>org.springframework.integration</groupId>
         <artifactId>spring-integration-redis</artifactId>
    </dependency>
    
  • 注册RedisLockRegistry

    @Configuration
    public class RedisLockConfig {
    
         @Bean
         public RedisLockRegistry redisLockRegistry(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
             //第一个参数redisConnectionFactory
             //第二个参数registryKey,分布式锁前缀,设置为项目名称会好些
             //该构造方法对应的分布式锁,默认有效期是60秒.可以自定义
             return new RedisLockRegistry(redisConnectionFactory, "boot-launch");
             //return new RedisLockRegistry(redisConnectionFactory, "boot-launch",60);
         }
    }
    
    • 使用RedisLockRegistry

      代码中实现

      @Resource
      private RedisLockRegistry redisLockRegistry;

      public void updateUser(String userId) {
      String lockKey = “config” + userId;
      Lock lock = redisLockRegistry.obtain(lockKey); //获取锁资源
      try {
      lock.lock(); //加锁

      //这里写需要处理业务的业务代码
      

      } finally {
      lock.unlock(); //释放锁
      }
      }

    注解实现

    @RedisLock("lock-key")
    public void save(){
    
    }
    

3. 使用redisson实现分布式锁

  • 集成redisson

    <dependency>
      <groupId>org.redisson</groupId>
      <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
      <version>3.15.0</version>
      <exclusions>
        <exclusion>
          <groupId>org.redisson</groupId>
          <!-- 默认是 Spring Data Redis v.2.3.x ,所以排除掉-->
          <artifactId>redisson-spring-data-23</artifactId>
        </exclusion>
      </exclusions>
    </dependency>
    
  • 配置

    在配置文件中加

    spring:
      redis:
        redisson:
          file: classpath:redisson.yaml
    

    然后新建一个redisson.yaml文件,也放在resouce目录下

    singleServerConfig:
      idleConnectionTimeout: 10000
      connectTimeout: 10000
      timeout: 3000
      retryAttempts: 3
      retryInterval: 1500
      password: 123456
      subscriptionsPerConnection: 5
      clientName: null
      address: "redis://192.168.161.3:6379"
      subscriptionConnectionMinimumIdleSize: 1
      subscriptionConnectionPoolSize: 50
      connectionMinimumIdleSize: 32
      connectionPoolSize: 64
      database: 0
      dnsMonitoringInterval: 5000
    threads: 0
    nettyThreads: 0
    codec: !<org.redisson.codec.JsonJacksonCodec> {}
    transportMode: "NIO"
    
  • 实现

    @Resource
    private RedissonClient redissonClient;
    
    public void updateUser(String userId) {
      String lockKey = "config" + userId;
      RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);  //获取锁资源
      try {
        lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);   //加锁,可以指定锁定时间
    
        //这里写需要处理业务的业务代码
      } finally {
        lock.unlock();   //释放锁
      }
    }
    
  • 相对于RedisLockRegistry另一个小优点是:我们可以为每一个锁指定锁定的超时时间。RedisLockRegistry目前只能针对所有的锁设定统一的超时时间

  • 如果业务执行超时之后,再去unlock会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException

先自我介绍一下,小编13年上师交大毕业,曾经在小公司待过,去过华为OPPO等大厂,18年进入阿里,直到现在。深知大多数初中级java工程师,想要升技能,往往是需要自己摸索成长或是报班学习,但对于培训机构动则近万元的学费,着实压力不小。自己不成体系的自学效率很低又漫长,而且容易碰到天花板技术停止不前。因此我收集了一份《java开发全套学习资料》送给大家,初衷也很简单,就是希望帮助到想自学又不知道该从何学起的朋友,同时减轻大家的负担。添加下方名片,即可获取全套学习资料哦

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