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一文详解如何使用Redis实现分布式锁

转载2022-09-07 20:21:121051 + php学习QQ群(点击入群)

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1. 什么是分布式锁

当我们在编写多线程代码的时候,不同的线程可能会发生资源的争夺,为了避免资源争夺造成的错误,我们会对资源上锁,只有获得锁的线程才能继续往下执行。

进程中的锁,本质就是内存中一个变量,当一个线程执行某个操作申请加锁时,如果能成功把代表锁的变量值设置为1,则表示获得了锁,其他线程想要获得锁时会阻塞,而拥有锁的线程执行完操作后,再把锁的值设置为0,则表示释放了锁。

上面我们说的是在一台服务器的进程内不同线程之间的锁,这个锁是放在内存中的,而对于分布式应用程序来说,不同的应用(进程或线程)部署在不同的服务器上,这样就不能通过内存中的变量来表示锁。

即然在一台服务器上可以通过内存这块共享的空间来表示锁,那么对于分布式应用程序来说,可以共享存储系统来存储一个共享锁,这就是分布式锁,而Redis作为内存数据库,执行非常快,很适合作为实现分布式锁的共享存储系统。

2. 使用Redis实现分布式锁

对于一个锁来说,其实只有两个操作,加锁和释放锁,下面我们看来看通过Redis要怎么实现?

2.1 加锁

Redissetnx命令会判断键值是否存在,如果存在则不做任何操作,并返回0,如果不存在,则创建并赋值,并返回1,因此我们可以执行setnx为一个代表锁键设置值,如果能设置成功,则表示获得锁,失败则无法获得锁。

# 使用key为lock来表示一个锁
setnx lock 1
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2.2 释放锁

当执行好操作之后,要释放锁的时候直接把Redis里的键值lock删除就可以了,这样其他进程才能通过setnx命令重新设置并获得该锁。

# 释放锁
del lock
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通过上面两个命令,我们实现了一个简单的分布式锁,但这里就出现了一个问题:如果一个进程通过setnx命令加锁之后,在执行具体操作出错了,没有办法及时释放锁,那么其他进程就无法获得该锁,系统便无法继续往下执行,解决这个问题的办法就是为锁设置一个有效期,在这个有效期之后,自动释放锁。

2.3 给锁设置有效期

给锁设置有效期非常简单,直接使用Redisexpire命令就可以了,如:

# 加锁
setnx lock 1 
# 给锁设置10s有效期
expire lock 10
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但是,现在又出现另一个问题了,如果我们在设置了锁之后,执行expire命令之前该进程挂掉了,那么expire就没有执行成功,锁一样是没有被释放掉的,所以一定要保证上面两个命令要一起执行,怎么保证呢?

有两个方法,一个是使用LUA语言编写的脚本,另一个是使用Redisset命令,set命令后面跟nx参数后,执行的效果与setnx一致,且set命令可以跟ex参数来设置过期时间,所以我们可以使用set命令把setnxexpire两个合并在一起,这样就可以保证执行的原子性了。

# 判断是否键值是否存在,ex后面跟着的是键值的有效期,10s
set lock 1 nx ex 10
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解决了锁的有效问题,现在我们再来看另外一个问题。

如上图所示,现在有ABC三个不同服务器上的进程在执行某个操作都需要获得锁,执行后要释放锁。

现在的情况是进程A执行第2步时卡顿了(上面绿色区域所示),且时间超出了锁有效期,所以进程A设置的锁自动释放了,这时候进程B获得了锁,并开始执行操作,但由于进程A只是卡顿了而已,所以会继续执行的时候,在第3步的时候会手动释放锁,但是这个时候,锁由线程B所拥有,也就是说进程A删除的不是自己的锁,而进程B的锁,这时候进程B还没执行完,但锁被释放后,进程C可以加锁,也就是说由于进程A卡顿释放错了锁,导致进程B和进程C可以同时获得锁

怎么避免这种情况呢?如何区分其他进程的锁,避免删除其他进程的锁呢?答案就是每个进程在加锁的时候,给锁设置一个唯一值,并在释放锁的时候,判断是不是自己设置的锁。

2.4 给锁设置唯一值

给锁设置唯一值的时候,一样是使用set命令,唯一的不同是将键值1改为一个随机生成的唯一值,比如uuid。

 # rand_uid表示唯一id
set lock rand_id nx ex 10
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当锁里的值由进程设置后,释放锁的时候,就需要判断锁是不是自己的,步骤如下:

  • 通过Redisget命令获得锁的值
  • 根据获得的值,判断锁是不是自己设置的
  • 如果是,通过del命令释放锁。

此时我们看到,释放锁需要执行三个操作,如果三个操作依次执行的话,是没有办法保证原子性的,比如进程A在执行到第2步后,准备开始执行del命令时,而锁由时有效期到了,被自动释放了,并被其他服务器上的进程B获得锁,但这时候线程A执行del还是把线程B的锁给删掉了。

解决这个问题的办法就是保证上述三个操作执行的原子性,即在执行释放锁的三个操作中,其他进程不可以获得锁,想要做到这一点,需要使用到LUA脚本。

2.5 通过LUA脚本实现释放锁的原子性

Redis支持LUA脚本,LUA脚里的代码执行的时候,其他客户端的请求不会被执行,这样可以保证原子性操作,所以我们可以使用下面脚本进行锁的释放:

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then 
  return redis.call("del",KEYS[1])
else 
  return 0
end
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将上述脚本保存为脚本后,可以调用Redis客户端命令redis-cli来执行,如下:

# lock为key,rand_id表示key里保存的值
redis-cli --eval unlock.lua lock , rand_id
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以上就是一文详解如何使用Redis实现分布式锁的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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