基於Redis實現---分布式鎖與實現

概述

目前幾乎很多大型網站及應用都是分布式部署的，分布式情境中的資料一致性問題一直是一個比較重要的話題。分布式的CAP理論告訴我們“任何一個分布式系統都無法同時滿足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分區容錯性（Partition tolerance），最多隻能同時滿足兩項。”所以，很多系統在設計之初就要對這三者做出取捨。在互連網領域的絕大多數的情境中，都需要犧牲強一致性來換取系統的高可用性，系統往往只需要保證“最終一致性”，只要這個最終時間是在使用者可以接受的範圍內即可。

在很多情境中，我們為了保證資料的最終一致性，需要很多的技術方案來支援，比如分散式交易、分布式鎖等。 選用Redis實現分布式鎖原因 Redis有很高的效能 Redis命令對此支援較好，實現起來比較方便 使用命令介紹

SETNX

SETNX key val
若且唯若key不存在時，set一個key為val的字串，返回1；若key存在，則什麼都不做，返回0。

expire

expire key timeout
為key設定一個逾時時間，單位為second，超過這個時間鎖會自動釋放，避免死結。

delete

delete key
刪除key

在使用Redis實現分布式鎖的時候，主要就會使用到這三個命令。 實現

使用的是jedis來串連Redis。

實現思想 擷取鎖的時候，使用setnx加鎖，並使用expire命令為鎖添加一個逾時時間，超過該時間則自動釋放鎖，鎖的value值為一個隨機產生的UUID，通過此在釋放鎖的時候進行判斷。 擷取鎖的時候還設定一個擷取的逾時時間，若超過這個時間則放棄擷取鎖。 釋放鎖的時候，通過UUID判斷是不是該鎖，若是該鎖，則執行delete進行鎖釋放。

分布式鎖的核心代碼如下：

import redis.clients.jedis.Jedis;import redis.clients.jedis.JedisPool;import redis.clients.jedis.Transaction;import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException;import java.util.List;import java.util.UUID;public class DistributedLock {    private final JedisPool jedisPool;    public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {        this.jedisPool = jedisPool;    }    /**     * 加鎖     * @param locaName  鎖的key     * @param acquireTimeout  擷取逾時時間     * @param timeout   鎖的逾時時間     * @return 鎖標識     */    public String lockWithTimeout(String locaName,                                  long acquireTimeout, long timeout) {        Jedis conn = null;        String retIdentifier = null;        try {            // 擷取串連            conn = jedisPool.getResource();            // 隨機產生一個value            String identifier = UUID.randomUUID().toString();            // 鎖名，即key值            String lockKey = "lock:" + locaName;            // 逾時時間，上鎖後超過此時間則自動釋放鎖            int lockExpire = (int)(timeout / 1000);            // 擷取鎖的逾時時間，超過這個時間則放棄擷取鎖            long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;            while (System.currentTimeMillis() < end) {                if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {                    conn.expire(lockKey, lockExpire);                    // 返回value值，用於釋放鎖時間確認                    retIdentifier = identifier;                    return retIdentifier;                }                // 返回-1代表key沒有設定逾時時間，為key設定一個逾時時間                if (conn.ttl(lockKey) == -1) {                    conn.expire(lockKey, lockExpire);                }                try {                    Thread.sleep(10);                } catch (InterruptedException e) {                    Thread.currentThread().interrupt();                }            }        } catch (JedisException e) {            e.printStackTrace();        } finally {            if (conn != null) {                conn.close();            }        }        return retIdentifier;    }    /**     * 釋放鎖     * @param lockName 鎖的key     * @param identifier    釋放鎖的標識     * @return     */    public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {        Jedis conn = null;        String lockKey = "lock:" + lockName;        boolean retFlag = false;        try {            conn = jedisPool.getResource();            while (true) {                // 監視lock，準備開始事務                conn.watch(lockKey);                // 通過前面返回的value值判斷是不是該鎖，若是該鎖，則刪除，釋放鎖                if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {                    Transaction transaction = conn.multi();                    transaction.del(lockKey);                    List<Object> results = transaction.exec();                    if (results == null) {                        continue;                    }                    retFlag = true;                }                conn.unwatch();                break;            }        } catch (JedisException e) {            e.printStackTrace();        } finally {            if (conn != null) {                conn.close();            }        }        return retFlag;    }}

測試

下面就用一個簡單的例子測試剛才實現的分布式鎖。
例子中使用50個線程類比秒殺一個商品，使用--運算子來實現商品減少，從結果有序性就可以看出是否為加鎖狀態。

類比秒殺服務，在其中配置了jedis線程池，在初始化的時候傳給分布式鎖，供其使用。

import redis.clients.jedis.JedisPool;import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;public class Service {    private static JedisPool pool = null;    static {        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();        // 設定最大串連數        config.setMaxTotal(200);        // 設定最大空閑數        config.setMaxIdle(8);        // 設定最大等待時間        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);        // 在borrow一個jedis執行個體時，是否需要驗證，若為true，則所有jedis執行個體均是可用的        config.setTestOnBorrow(true);        pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);    }    DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);    int n = 500;    public void seckill() {        // 返回鎖的value值，供釋放鎖時候進行判斷        String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");        System.out.println(--n);        lock.releaseLock("resource", indentifier);    }}

// 類比線程進行秒殺服務

public class ThreadA extends Thread {    private Service service;    public ThreadA(Service service) {        this.service = service;    }    @Override    public void run() {        service.seckill();    }}public class Test {    public static void main(String[] args) {        Service service = new Service();        for (int i = 0; i < 50; i++) {            ThreadA threadA = new ThreadA(service);            threadA.start();        }    }}

結果如下，結果為有序的。

若注釋掉使用鎖的部分

public void seckill() {    // 返回鎖的value值，供釋放鎖時候進行判斷    //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "獲得了鎖");    System.out.println(--n);    //lock.releaseLock("resource", indentifier);}

從結果可以看出，有一些是非同步進行的。

在分布式環境中，對資源進行上鎖有時候是很重要的，比如搶購某一資源，這時候使用分布式鎖就可以很好地控制資源。
當然，在具體使用中，還需要考慮很多因素，比如逾時時間的選取，擷取鎖時間的選取對並發量都有很大的影響，上述實現的分布式鎖也只是一種簡單的實現，主要是一種思想。

使用zookeeper實現分布式鎖，使用zookeeper的可靠性是要大於使用redis實現的分布式鎖的，但是相比而言，redis的效能更好。