Java实现redis分布式锁的三种方式

2022-11-13 14:11:03 分布式方式三种

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。

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

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

到此这篇关于Java实现redis分布式锁的三种方式的文章就介绍到这了,更多相关Java redis分布式锁内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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