Redis分布式锁抽丝剥茧

Redis分布式锁抽丝剥茧

作者： 小码甲 2021-06-16 07:56:21

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分布式

Redis 最近首度应用"分布式锁"，现在想想，分布式锁不是孤立的技能点，这其实就是跨主机的线程同步。

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分布式锁是"线程同步"的延续

最近首度应用"分布式锁"，现在想想，分布式锁不是孤立的技能点，这其实就是跨主机的线程同步。

进程内跨进程跨主机
Lock/Monitor、SemaphoreSlimMetux、Semaphore分布式锁
用户态线程安全内核态线程安全 

单机服务器可以通过共享某堆内存来标记上锁/解锁，线程同步说到底是建立在单机操作系统的用户态/内核态对共享内存的访问控制。

而分布式服务器不是在同一台机器上：跨主机，因此需要将锁标记存储在所有机器进程都能看到的地方。

在开发很多业务场景会使用到锁，例如库存控制，抽奖等。

例如库存只剩1个商品，有三个用户同时打算购买，谁先购买库存立即清零，不能让其他二人也购买成功。

解读分布式锁

我们常说的线程安全、线程同步方案，包括此次的分布式锁都是基于

“多线程/多进程对特定资源同时有更新操作”。

基本考量

1.分布式系统，一个锁在同一时间只能被一个服务器获取 (这是分布式锁的基础)

2.具备锁失效机制，防止死锁 (防止某些意外，锁没有得到释放，别人也无法得到锁)

Redis SET resource-name anystring NX EX max-lock-time

是一种最简单的分布式锁实现方案。

SET 命令支持多个参数：

  • EX seconds-- 设置过期时间(s)
  • NX -- 如果key不存在，则设置 ......

因为SET命令参数可以替代SETNX，SETEX，GETSET，这些命令在未来可能被废弃。

上面的命令返回OK(或经过重试)，客户端就获取到这个锁;

使用DEL命令解锁;到达超时时间会自动释放锁。

在解锁时，增加一些设计，让系统更加健壮：

3.不要使用固定的String值作为锁标记值，而是使用一个不易被猜中的随机值， 业内称为token

4.不使用DEL命令释放锁，而是发送script去移除key

第3、4点是为了解决 ：“锁提前过期，客户端A还没有执行完，然后客户端B获取了锁，这时客户端A执行完了，会不会在删锁的时候把B的锁给删掉” -- 4是3技术上的推荐实现。

脚本如下：

  
 
 
 
    
   
  
  
  
  1. if redis.call("get",KEYS1] ==ARGV[1]) 
    2. 
   
  
  
  
  2. then 
    3. 
   
  
  
  
  3.    return  redis.call("DEL",KEYS[1]) 
    4. 
   
  
  
  
  4. else 
    5. 
   
  
  
  
  5.   return 0 
    6. 
   
  
  
  
  6. end 
    7.

下面使用StackExchange.Redis 写了基于以上考量的代码示例：

  
 
 
 
    
   
  
  
  
  1. ///  
    2. 
   
  
  
  
  2. /// Acquires the lock. 
    3. 
   
  
  
  
  3. ///  
    4. 
   
  
  
  
  4. ///  
    5. 
   
  
  
  
  5. /// 随机值 
    6. 
   
  
  
  
  6. ///  
    7. 
   
  
  
  
  7.  /// 非阻塞锁 
    8. 
   
  
  
  
  8. static bool Lock(string key, string token,int expireSecond=10, double waitLockSeconds = 0) 
    9. 
   
  
  
  
  9. { 
    10. 
   
  
  
  
  10.     var waitIntervalMs = 50; 
    11. 
   
  
  
  
  11.     bool isLock; 
    12. 
   
  
  
  
  12.              
    13. 
   
  
  
  
  13.     DateTime begin = DateTime.Now; 
    14. 
   
  
  
  
  14.     do 
    15. 
   
  
  
  
  15.     { 
    16. 
   
  
  
  
  16.          isLock = Connection.GetDatabase().StringSet(key, token, TimeSpan.FromSeconds(expireSecond), When.NotExists); 
    17. 
   
  
  
  
  17.          if (isLock) 
    18. 
   
  
  
  
  18.              return true; 
    19. 
   
  
  
  
  19.              //不等待锁则返回 
    20. 
   
  
  
  
  20.              if (waitLockSeconds == 0) break; 
    21. 
   
  
  
  
  21.              //超过等待时间，则不再等待 
    22. 
   
  
  
  
  22.              if ((DateTime.Now - begin).TotalSeconds >= waitLockSeconds) break; 
    23. 
   
  
  
  
  23.              Thread.Sleep(waitIntervalMs); 
    24. 
   
  
  
  
  24.      } while (!isLock); 
    25. 
   
  
  
  
  25.      return false; 
    26. 
   
  
  
  
  26.  } 
    27. 
   
  
  
  
  27.         
    28. 
   
  
  
  
  28. ///    
    29. 
   
  
  
  
  29. /// Releases the lock.   
    30. 
   
  
  
  
  30. ///    
    31. 
   
  
  
  
  31. /// true, if lock was released, false otherwise.   
    32. 
   
  
  
  
  32. /// Key.   
    33. 
   
  
  
  
  33. /// value   
    34. 
   
  
  
  
  34. static bool UnLock(string key, string value) 
    35. 
   
  
  
  
  35. { 
    36. 
   
  
  
  
  36.     string lua_script = @"   
    37. 
   
  
  
  
  37.     if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then   
    38. 
   
  
  
  
  38.          redis.call('DEL', KEYS[1])   
    39. 
   
  
  
  
  39.           return true   
    40. 
   
  
  
  
  40.           else   
    41. 
   
  
  
  
  41.           return false   
    42. 
   
  
  
  
  42.         end   
    43. 
   
  
  
  
  43.       "; 
    44. 
   
  
  
  
  44.      try 
    45. 
   
  
  
  
  45.      { 
    46. 
   
  
  
  
  46.           var res = Connection.GetDatabase().ScriptEvaluate(lua_script, 
    47. 
   
  
  
  
  47.                                                            new RedisKey[] { key }, 
    48. 
   
  
  
  
  48.                                                            new RedisValue[] { value }); 
    49. 
   
  
  
  
  49.             return (bool)res; 
    50. 
   
  
  
  
  50.       } 
    51. 
   
  
  
  
  51.      catch (Exception ex) 
    52. 
   
  
  
  
  52.      { 
    53. 
   
  
  
  
  53.           Console.WriteLine($"ReleaseLock lock fail...{ex.Message}"); 
    54. 
   
  
  
  
  54.           return false; 
    55. 
   
  
  
  
  55.      } 
    56. 
   
  
  
  
  56. } 
    57. 
   
  
  
  
  57.          
    58. 
   
  
  
  
  58.         private static Lazy lazyConnection = new Lazy(() => 
    59. 
   
  
  
  
  59.         { 
    60. 
   
  
  
  
  60.             ConfigurationOptions configuration = new ConfigurationOptions 
    61. 
   
  
  
  
  61.             { 
    62. 
   
  
  
  
  62.                 AbortOnConnectFail = false, 
    63. 
   
  
  
  
  63.                 ConnectTimeout = 5000, 
    64. 
   
  
  
  
  64.             }; 
    65. 
   
  
  
  
  65.             configuration.EndPoints.Add("10.100.219.9", 6379); 
    66. 
   
  
  
  
  66.             return ConnectionMultiplexer.Connect(configuration.ToString()); 
    67. 
   
  
  
  
  67.         });  
    68. 
   
  
  
  
  68.         public static ConnectionMultiplexer Connection => lazyConnection.Value; 
    69.

以上代码新增了第五点考量：

5. 为避免无限制抢锁，增加了非阻塞锁：轮询_s等待锁，未等到则不再抢锁

使用方式：

下面并行开启三个任务，同时减少库存：

  
 
 
 
    
   
  
  
  
  1. static void Main(string[] args) 
    2. 
   
  
  
  
  2. { 
    3. 
   
  
  
  
  3.      // 尝试并行执行3个任务 
    4. 
   
  
  
  
  4.      Parallel.For(0, 3, x => 
    5. 
   
  
  
  
  5.      { 
    6. 
   
  
  
  
  6.            string token = $"loki:{x}"; 
    7. 
   
  
  
  
  7.            bool isLocked = Lock("loki", token, 5, 10); 
    8. 
   
  
  
  
  8.              
    9. 
   
  
  
  
  9.            if (isLocked) 
    10. 
   
  
  
  
  10.            { 
    11. 
   
  
  
  
  11.                Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks (with lock) at {DateTime.Now}."); 
    12. 
   
  
  
  
  12.                Thread.Sleep(1000); 
    13. 
   
  
  
  
  13.                Console.WriteLine($"{token} release lock {UnLock("loki", token)} at {DateTime.Now}. "); 
    14. 
   
  
  
  
  14.            } 
    15. 
   
  
  
  
  15.            else 
    16. 
   
  
  
  
  16.            { 
    17. 
   
  
  
  
  17.              Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks at {DateTime.Now}."); 
    18. 
   
  
  
  
  18.            } 
    19. 
   
  
  
  
  19.        }); 
    20. 
   
  
  
  
  20. } 
    21.

可以看到三个并行任务依次获取/释放锁

输出总结

本文从基础的线程安全、线程同步，认识到分布式锁是跨主机的资源线程/进程同步方案， 以步步为营的风格 演示了RedisSET命令做分布式锁的设计考量，好记性不如烂笔头。

本文名称：Redis分布式锁抽丝剥茧
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