[转载] Redis实现分布式锁

时间：2015-09-15 11:00:28 阅读：232 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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Redis有一系列的命令，特点是以NX结尾，NX是Not eXists的缩写，如SETNX命令就应该理解为：SET if Not eXists。这系列的命令非常有用，这里讲使用SETNX来实现分布式锁。

用SETNX实现分布式锁

利用SETNX非常简单地实现分布式锁。例如：某客户端要获得一个名字foo的锁，客户端使用下面的命令进行获取：

SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>

 如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
 如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。
解决死锁

上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock.foo的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。

发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次，当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景：

 C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock.foo检查时间戳，先后发现超时了。
 C1 发送DEL lock.foo
 C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
 C2 发送DEL lock.foo
 C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！

幸好这种问题是可以避免D，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的：

C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0
C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。
反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁：
GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。
如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。
注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了。

示例伪代码

根据上面的代码，我写了一小段Fake代码来描述使用分布式锁的全过程：

# get lock
lock = 0
while lock != 1:
    timestamp = current Unix time + lock timeout + 1
    lock = SETNX lock.foo timestamp
    if lock == 1 or (now() > (GET lock.foo) and now() > (GETSET lock.foo timestamp)):
        break;
    else:
        sleep(10ms)
 
# do your job
do_job()
 
# release
if now() < GET lock.foo:
    DEL lock.foo
是的，要想这段逻辑可以重用，使用python的你马上就想到了Decorator，而用Java的你是不是也想到了那谁？AOP + annotation？行，怎样舒服怎样用吧，别重复代码就行。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

/**
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @version <b>1.0.0</b>
*/
public class RedisBillLockHandler implements IBatchBillLockHandler {
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(RedisBillLockHandler.class);
private static final int DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME = 3;
private static final int DEFAULT_BATCH_EXPIRE_TIME = 6;
private final JedisPool jedisPool;
/**
* 构造
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
*/
public RedisBillLockHandler(JedisPool jedisPool) {
this.jedisPool = jedisPool;
}
/**
* 获取锁如果锁可用立即返回true，否则返回false
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param billIdentify
* @return
*/
public boolean tryLock(IBillIdentify billIdentify) {
return tryLock(billIdentify, 0L, null);
}
/**
* 锁在给定的等待时间内空闲，则获取锁成功返回true，否则返回false
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param billIdentify
* @param timeout
* @param unit
* @return
*/
public boolean tryLock(IBillIdentify billIdentify, long timeout, TimeUnit unit) {
String key = (String) billIdentify.uniqueIdentify();
Jedis jedis = null;
try {
jedis = getResource();
long nano = System.nanoTime();
do {
LOGGER.debug("try lock key: " + key);
Long i = jedis.setnx(key, key);
if (i == 1) {
jedis.expire(key, DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME);
LOGGER.debug("get lock, key: " + key + " , expire in " + DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME + " seconds.");
return Boolean.TRUE;
} else { // 存在锁
if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
String desc = jedis.get(key);
LOGGER.debug("key: " + key + " locked by another business：" + desc);
}
}
if (timeout == 0) {
break;
}
Thread.sleep(300);
} while ((System.nanoTime() - nano) < unit.toNanos(timeout));
return Boolean.FALSE;
} catch (JedisConnectionException je) {
LOGGER.error(je.getMessage(), je);
returnBrokenResource(jedis);
} catch (Exception e) {
LOGGER.error(e.getMessage(), e);
} finally {
returnResource(jedis);
}
return Boolean.FALSE;
}
/**
* 如果锁空闲立即返回获取失败一直等待
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param billIdentify
*/
public void lock(IBillIdentify billIdentify) {
String key = (String) billIdentify.uniqueIdentify();
Jedis jedis = null;
try {
jedis = getResource();
do {
LOGGER.debug("lock key: " + key);
Long i = jedis.setnx(key, key);
if (i == 1) {
jedis.expire(key, DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME);
LOGGER.debug("get lock, key: " + key + " , expire in " + DEFAULT_SINGLE_EXPIRE_TIME + " seconds.");
return;
} else {
if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
String desc = jedis.get(key);
LOGGER.debug("key: " + key + " locked by another business：" + desc);
}
}
Thread.sleep(300);
} while (true);
} catch (JedisConnectionException je) {
LOGGER.error(je.getMessage(), je);
returnBrokenResource(jedis);
} catch (Exception e) {
LOGGER.error(e.getMessage(), e);
} finally {
returnResource(jedis);
}
}
/**
* 释放锁
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param billIdentify
*/
public void unLock(IBillIdentify billIdentify) {
List<IBillIdentify> list = new ArrayList<IBillIdentify>();
list.add(billIdentify);
unLock(list);
}
/**
* 批量获取锁如果全部获取立即返回true, 部分获取失败返回false
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @date 2013-7-22 下午10:27:44
* @param billIdentifyList
* @return
*/
public boolean tryLock(List<IBillIdentify> billIdentifyList) {
return tryLock(billIdentifyList, 0L, null);
}
/**
* 锁在给定的等待时间内空闲，则获取锁成功返回true，否则返回false
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param billIdentifyList
* @param timeout
* @param unit
* @return
*/
public boolean tryLock(List<IBillIdentify> billIdentifyList, long timeout, TimeUnit unit) {
Jedis jedis = null;
try {
List<String> needLocking = new CopyOnWriteArrayList<String>();
List<String> locked = new CopyOnWriteArrayList<String>();
jedis = getResource();
long nano = System.nanoTime();
do {
// 构建pipeline，批量提交
Pipeline pipeline = jedis.pipelined();
for (IBillIdentify identify : billIdentifyList) {
String key = (String) identify.uniqueIdentify();
needLocking.add(key);
pipeline.setnx(key, key);
}
LOGGER.debug("try lock keys: " + needLocking);
// 提交redis执行计数
List<Object> results = pipeline.syncAndReturnAll();
for (int i = 0; i < results.size(); ++i) {
Long result = (Long) results.get(i);
String key = needLocking.get(i);
if (result == 1) { // setnx成功，获得锁
jedis.expire(key, DEFAULT_BATCH_EXPIRE_TIME);
locked.add(key);
}
}
needLocking.removeAll(locked); // 已锁定资源去除
if (CollectionUtils.isEmpty(needLocking)) {
return true;
} else {
// 部分资源未能锁住
LOGGER.debug("keys: " + needLocking + " locked by another business：");
}
if (timeout == 0) {
break;
}
Thread.sleep(500);
} while ((System.nanoTime() - nano) < unit.toNanos(timeout));
// 得不到锁，释放锁定的部分对象，并返回失败
if (!CollectionUtils.isEmpty(locked)) {
jedis.del(locked.toArray(new String[0]));
}
return false;
} catch (JedisConnectionException je) {
LOGGER.error(je.getMessage(), je);
returnBrokenResource(jedis);
} catch (Exception e) {
LOGGER.error(e.getMessage(), e);
} finally {
returnResource(jedis);
}
return true;
}
/**
* 批量释放锁
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param billIdentifyList
*/
public void unLock(List<IBillIdentify> billIdentifyList) {
List<String> keys = new CopyOnWriteArrayList<String>();
for (IBillIdentify identify : billIdentifyList) {
String key = (String) identify.uniqueIdentify();
keys.add(key);
}
Jedis jedis = null;
try {
jedis = getResource();
jedis.del(keys.toArray(new String[0]));
LOGGER.debug("release lock, keys :" + keys);
} catch (JedisConnectionException je) {
LOGGER.error(je.getMessage(), je);
returnBrokenResource(jedis);
} catch (Exception e) {
LOGGER.error(e.getMessage(), e);
} finally {
returnResource(jedis);
}
}
/**
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @date 2013-7-22 下午9:33:45
* @return
*/
private Jedis getResource() {
return jedisPool.getResource();
}
/**
* 销毁连接
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param jedis
*/
private void returnBrokenResource(Jedis jedis) {
if (jedis == null) {
return;
}
try {
//容错
jedisPool.returnBrokenResource(jedis);
} catch (Exception e) {
LOGGER.error(e.getMessage(), e);
}
}
/**
* @author http://blog.csdn.net/java2000_wl
* @param jedis
*/
private void returnResource(Jedis jedis) {
if (jedis == null) {
return;
}
try {
jedisPool.returnResource(jedis);
} catch (Exception e) {
LOGGER.error(e.getMessage(), e);
}
}

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