Redis如何实现分布式锁?

Java面试 潘老师 8个月前 (09-06) 189 ℃ (0) 扫码查看



分布式环境下,会出现多个服务器并发修改同一资源的情况。这种情况下,由于多个服务器运行在不同的JRE环境中,而Java自带的锁机制局限于当前JRE,因此在这个场景下,Java自带的锁机制无效。因此,我们需要自己实现分布式锁。

采用Redis来实现分布式锁,我们可以在Redis中存储一个代表锁的数据,通常使用字符串格式即可。首先,加锁的逻辑可以通过setnx key value来实现。但如果客户端忘记解锁,就有可能导致死锁。另外,如果直接给锁增加过期时间,即使用expire key seconds,又会引发其他问题。因为这两个命令不是原子性的,如果第二步失败,仍然无法避免死锁问题。为了解决这些问题,我们可以通过set...nx...命令将加锁和过期命令组合成原子操作,以避免死锁。具体写法为set key value nx ex seconds

解锁操作是将代表锁的数据删除。但不能简单地使用del key命令,因为会引发一些问题。例如,如果此时有进程A,如果在任务未完成时锁被到期释放了,进程A在任务完成后仍然会尝试释放锁,因为它的代码逻辑规定在任务结束后释放锁。然而,此时锁已经被释放,这可能导致进程A释放其他线程的锁。为了解决这种情况,我们可以在加锁时为key赋一个随机值,充当进程的标识。进程需要记住这个标识,然后在解锁时进行判断,只有自己持有的锁才能释放。此外,获取和删除操作需要保持原子性,否则如果第二步失败,就会造成死锁。因此,我们可以使用Lua脚本将这两个操作组合在一起,因为Lua脚本的执行是原子的。

综上所述,优化后的分布式锁命令如下:

# 加锁
set key random-value nx ex seconds

# 解锁
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

扩展:

上述的分布式锁实现方式基于单节点,可能存在高可用性问题。例如,如果主节点宕机,新的主节点产生,那么另一个进程可能在新主节点上获得锁,而旧主节点重新启动后也可能成为从节点,导致系统中出现两个锁,违反了锁的唯一性原则。

为了保证分布式锁的高可用性,需要考虑多节点的实现方案。Redis的官方建议使用RedLock算法,它基于多个独立的Redis节点,其基本逻辑如下:

  • 多个节点相互独立,不存在主从复制或集群协调机制;
  • 加锁时向N个实例请求锁,只要超过一半的节点成功,则认为加锁成功;
  • 解锁时向所有实例发送DEL命令进行解锁。

可以自行实现该算法,或者直接使用Redisson框架来实现高可用的分布式锁。


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