redis分布式锁及会出现的问题解决

一、redis实现分布式锁的主要原理：

1.加锁

最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的唯一标识，按业务来决定命名。比如想要给一种商品的秒杀活动加锁，可以给key命名为 “lock_sale_商品id” 。而value设置成什么呢？我们可以姑且设置成1。加锁的伪代码如下：
setnx（key，1）

当一个线程执行setnx返回1，说明key原本不存在，该线程成功得到了锁；当一个线程执行setnx返回0，说明key已经存在，该线程抢锁失败。

2.解锁

有加锁就得有解锁。当得到锁的线程执行完任务，需要释放锁，以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式是执行del指令，伪代码如下：

del（key）

释放锁之后，其他线程就可以继续执行setnx命令来获得锁。

3.锁超时

锁超时是什么意思呢？如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉，来不及显式地释放锁，这块资源将会永远被锁住，别的线程再也别想进来。

所以，setnx的key必须设置一个超时时间，以保证即使没有被显式释放，这把锁也要在一定时间后自动释放。setnx不支持超时参数，所以需要额外的指令，伪代码如下：

expire（key， 30）

二、加锁的代码

/**
 * 尝试获取分布式锁
 * @param jedis redis客户端
 * @param lockkey 锁
 * @param requestid 请求标识
 * @param expiretime 超期时间
 * @return 是否获取成功
 */
public static void wronggetlock1(jedis jedis, string lockkey, string requestid, int expiretime) {

 long result = jedis.setnx(lockkey, requestid);
 if (result == 1) {
  // 若在这里程序突然崩溃，则无法设置过期时间，将发生死锁
  jedis.expire(lockkey, expiretime);
 }

}

上面的代码有一个致命的问题，就是加锁和设置过期时间不是原子操作。

那么会有两种极端情况：

一种是在并发情况下，两个线程同时执行setnx，那么得到的结果都是1，这样两个线程同时拿到了锁。

别一种是如代码注释所示，即执行完setnx，程序崩溃没有执行过期时间，那这把锁就永远不会被释放，造成了死锁。

之所以有人这样实现，是因为低版本的jedis并不支持多参数的set()方法。正确的代码如下：

/**
 * 尝试获取分布式锁
 * @param jedis redis客户端
 * @param lockkey 锁
 * @param requestid 请求标识
 * @param expiretime 超期时间
 * @return 是否获取成功
 */
public static boolean trygetdistributedlock(jedis jedis,string lockkey, string requestid, int expiretime) {

    string result = jedis.set(lockkey, requestid, "nx", "px", expiretime);
    if ("ok".equals(result)) {
      return true;
    }
    return false;

}

这个set()方法一共有五个形参：

第一个为key，我们使用key来当锁，因为key是唯一的。

第二个为value，我们传的是requestid，很多童鞋可能不明白，有key作为锁不就够了吗，为什么还要用到value？原因就是，通过给value赋值为requestid，我们就知道这把锁是哪个请求加的了，在解锁的时候就可以有依据。requestid可以使用uuid.randomuuid().tostring()方法生成。

第三个为nxxx，这个参数我们填的是nx，意思是set if not exist，即当key不存在时，我们进行set操作；若key已经存在，则不做任何操作；

第四个为expx，这个参数我们传的是px，意思是我们要给这个key加一个过期的设置，具体时间由第五个参数决定。

第五个为time，与第四个参数相呼应，代表key的过期时间。

总的来说，执行上面的set()方法就只会导致两种结果：1. 当前没有锁（key不存在），那么就进行加锁操作，并对锁设置个有效期，同时value表示加锁的客户端。2. 已有锁存在，不做任何操作。

二、解锁的代码

public static void wrongreleaselock1(jedis jedis, string lockkey) {
  jedis.del(lockkey);
}

这段代码的问题是容易导致误删，假如某线程成功得到了锁，并且设置的超时时间是30秒。如果某些原因导致线程a执行的很慢很慢，过了30秒都没执行完，这时候锁过期自动释放，线程b得到了锁。

随后，线程a执行完了任务，线程a接着执行del指令来释放锁。但这时候线程b还没执行完，线程a实际上删除的是线程b加的锁。

怎么避免这种情况呢？可以在del释放锁之前做一个判断，验证当前的锁是不是自己加的锁。

至于具体的实现，可以在加锁的时候把当前的线程id当做value，并在删除之前验证key对应的value是不是自己线程的id。

public static void wrongreleaselock2(jedis jedis, string lockkey, string requestid) {
    
  // 判断加锁与解锁是不是同一个客户端
  if (requestid.equals(jedis.get(lockkey))) {
    // 若在此时，这把锁突然不是这个客户端的，则会误解锁
    jedis.del(lockkey);
  }

}

但是，这样做又隐含了一个新的问题，判断和释放锁是两个独立操作，不是原子性。

解决方案就是使用lua脚本，把它变成原子操作，代码如下：

public class redistool {

  private static final long release_success = 1l;

  /**
   * 释放分布式锁
   * @param jedis redis客户端
   * @param lockkey 锁
   * @param requestid 请求标识
   * @return 是否释放成功
   */
  public static boolean releasedistributedlock(jedis jedis, 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 (release_success.equals(result)) {
      return true;
    }
    return false;

  }

}

三、续约问题

上面加锁最后的代码就完美了吗？假想这样一个场景，如果过期时间为30s，a线程超过30s还没执行完，但是自动过期了。这时候b线程就会再拿到锁，造成了同时有两个线程持有锁。这个问题可以归结为”续约“问题，即a没执行完时应该过期时间续约，执行完成才能释放锁。怎么办呢？我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程，用来给快要过期的锁“续约”。

其实，后面解锁出现的删除非自己锁，也属于“续约”问题。

四、集群同步延迟问题

用于redis的服务肯定不能是单机，因为单机就不是高可用了，一量挂掉整个分布式锁就没用了。

在集群场景下，如果a在master拿到了锁,在没有把数据同步到slave时，master挂掉了。b再拿锁就会从slave拿锁，而且会拿到。又出现了两个线程同时拿到锁。

基于以上的考虑，redis 的作者也考虑到这个问题，他提出了一个 redlock 的算法。

这个算法的意思大概是这样的：假设 redis 的部署模式是 redis cluster，总共有 5 个 master 节点。

通过以下步骤获取一把锁：

• 获取当前时间戳，单位是毫秒。
• 轮流尝试在每个 master 节点上创建锁，过期时间设置较短，一般就几十毫秒。
• 尝试在大多数节点上建立一个锁，比如 5 个节点就要求是 3 个节点（n / 2 +1）。
• 客户端计算建立好锁的时间，如果建立锁的时间小于超时时间，就算建立成功了。
• 要是锁建立失败了，那么就依次删除这个锁。
• 只要别人建立了一把分布式锁，你就得不断轮询去尝试获取锁。
  

但是这样的这种算法还是颇具争议的，可能还会存在不少的问题，无法保证加锁的过程一定正确。

这个问题的根本原因就是redis的集群属于ap，分布式锁属于cp，用ap去实现cp是不可能的。

五、redisson

redisson是架设在redis基础上的一个java驻内存数据网格（in-memory data grid）。充分的利用了redis键值数据库提供的一系列优势，基于java实用工具包中常用接口，为使用者提供了一系列具有分布式特性的常用工具类。

redisson通过lua脚本解决了上面的原子性问题，通过“看门狗”解决了续约问题，但是它应该解决不了集群中的同步延迟问题。

总结

redis分布式锁的方案，无论用何种方式实现都会有续约问题与集群同步延迟问题。总的来说，是一个不太靠谱的方案。如果追求高正确率，不能采用这种方案。

但是它也有优点，就是比较简单，在某些非严格要求的场景是可以使用的，比如社交系统一类，交易系统一类不能出现重复交易则不建议用。

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