通过 Redis 实现分布式锁

当多个进程在不同的系统中，就需要使用分布式锁控制多个进程对同一个资源的访问。本篇介绍的是通过 Redis 实现的分布式锁。

为了确保分布式锁的可用性，我们至少要确保锁的实现同时满足以下四个条件：

互斥性；
不会发生死锁，即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁；
具有容错性，只要大部分的 Redis 节点正常运行，客户端就可以加锁和解锁；
加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了。

分布式锁实现方案：

数据库乐观锁；
通过 Redis 实现分布式锁，利用 Redis 的 setnx 命令来实现分布式锁；
通过 Zookeeper 实现分布式锁，利用 Zookeeper 的顺序临时节点实现分布式锁和等待队列；

优缺点：

分布式锁	优点	缺点
Redis	set 和 del 指令的性能较高。	1、实现复杂，需要考虑超时、原子性、误删等情况； 2、没有等待的队列，只能在客户端自旋来等锁，效率低下。
Zookeeper	1、有封装好的框架，容易实现； 2、有等待锁的队列，大大提升抢锁效率。	添加和删除节点性能较低。

通过 Redis 实现分布式锁的流程图：

Redis 没有等待锁的队列，只能在客户端自旋来等锁。这里 Redis 客户端我们选择 Jedis。

首先看几个 Redis 的 API：

API	说明	时间复杂度
setnx key value	如果 key 不存在，则创建并赋值，返回 1；如果 key存在，则什么也不做，返回 0。	O(1)
expire key seconds	设置 key 的生存时间，当 key 过期时（生存时间为 0），会被自动删除。	O(1)
getset key value	必须 key 不存在，才设置 key-value。自动将key对应到value并且返回原来key对应的value。如果key存在但是对应的value不是字符串，就返回错误。	O(1)
set key value px milliseconds nx	多参数的 set 命令。	O(1)
eval	执行 Lua 代码。	O(1)

Redis 的单条命令都是原子性操作。

通过 Redis 实现分布式锁，加锁的代码实现：

private static final String LOCK_SUCCESS = "OK";
private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX";
private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "PX";
/**
 * 加锁
 * @param key 锁
 * @param value 标识, 可以使用 UUID.randomUUID().toString() 方法生成
 * @param expireTime 过期时间(s)
 * @return
 */
public Boolean lock(String key, String value, int expireTime) {
    String result = redisClient.set(key // 使用唯一key来当锁
            value, // 保证哪个请求加的锁, 哪个请求去解锁
            SET_IF_NOT_EXIST, // NX参数, 效果同 setnx 命令
            SET_WITH_EXPIRE_TIME, // 增加过期时间, 具体时间由第五个参数决定
            expireTime); // 具体时间
    return LOCK_SUCCESS.equals(result);
}

1、设置过期时间的目的？

假如锁的持有者发生崩溃而没有解锁，锁也会因为到了过期时间而自动解锁，不会发生死锁。

2、为什么不通过 setnx 命令加锁，expire 命令设置超时时间呢，这种组合操作有什么问题？

因为两个命令的组合操作不是原子操作，如果 setnx 命令和 expire 命令之间客户端崩溃，那么就会发生死锁。

3、如果过期时间作 setnx 命令的 value 呢？

如果锁已经存在则获取锁的过期时间，和当前时间比较，如果已经过期，则设置新的过期时间，并返回加锁成功。这种实现方式要求分布式环境系统时钟必须同步，而且锁不具备持有者标识，即任何客户端都可以解锁。

解锁的代码实现：

/**
 * 解锁
 * @param key 锁
 * @param value 标识
 */
public Boolean unlock(String key, String value) {
    // Lua 脚本
    // 获取锁对应的标识值, 检查是否与 value 相等，如果相等则删除 (解锁)
    String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
    Object result = redisClient.eval(script, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value));
    return RELEASE_SUCCESS.equals(result);
}