1.加锁

最简单的方法是使用setnx命令。key是锁的唯一标识,按业务来决定命名。比如想要给一种商品的秒杀活动加锁,可以给key命名为 “lock_hot_商品ID” 。而value设置成什么呢?我们可以姑且设置成1。加锁的伪代码如下:

setnx(key,1)

当一个线程执行setnx返回1,说明key原本不存在,该线程成功得到了锁;当一个线程执行setnx返回0,说明key已经存在,该线程抢锁失败。

2.解锁

有加锁就得有解锁。当得到锁的线程执行完任务,需要释放锁,以便其他线程可以进入。释放锁的最简单方式是执行del指令,伪代码如下:

del(key)

释放锁之后,其他线程就可以继续执行setnx命令来获得锁。

3.锁超时

锁超时是什么意思呢?如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉,来不及显式地释放锁,这块资源将会永远被锁住,别的线程再也别想进来。
所以,setnx的key必须设置一个超时时间,以保证即使没有被显式释放,这把锁也要在一定时间后自动释放。setnx不支持超时参数,所以需要额外的指令,

伪代码如下:

expire(key, 30)

4.综合分析

我们分布式锁实现的第一版伪代码如下:

if(setnx(key,1) == 1){
    expire(key,30)
    try {
        do something ......
    } finally {
        del(key)
    }
}
  • 上面的伪代码中,存在着三个致命问题:

1. setnx和expire的非原子性

设想一个极端场景,当某线程执行setnx,成功得到了锁:

setnx刚执行成功,还未来得及执行expire指令,节点1 Duang的一声挂掉了。

这样一来,这把锁就没有设置过期时间,变得“长生不老”,别的线程再也无法获得锁了。
怎么解决呢?setnx指令本身是不支持传入超时时间的,但是Redis 2.6.12以上版本为set指令增加了可选参数,伪代码如下:

set(key,1,30,NX)
  • 这样就可以取代setnx指令。

2. del 导致误删

又是一个极端场景,假如某线程成功得到了锁,并且设置的超时时间是30秒。

如果某些原因导致线程A执行的很慢很慢,过了30秒都没执行完,这时候锁过期自动释放,线程B得到了锁。

随后,线程A执行完了任务,线程A接着执行del指令来释放锁。但这时候线程B还没执行完,线程A实际上删除的是线程B加的锁。

怎么避免这种情况呢?可以在del释放锁之前做一个判断,验证当前的锁是不是自己加的锁。
至于具体的实现,可以在加锁的时候把当前的线程ID当做value,并在删除之前验证key对应的value是不是自己线程的ID。
加锁:

String threadId = Thread.currentThread().getId()
set(key,threadId ,30,NX)
  •  

解锁:

if(threadId .equals(redisClient.get(key))){

    del(key)

}
  •  

但是,这样做又隐含了一个新的问题,判断和释放锁是两个独立操作,不是原子性。
我们都是追求极致的程序员,所以这一块要用Lua脚本来实现:

String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
redisClient.eval(luaScript , Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(threadId));
  •  

这样一来,验证和删除过程就是原子操作了。

3. 出现并发的可能性

还是刚才第二点所描述的场景,虽然我们避免了线程A误删掉key的情况,但是同一时间有A,B两个线程在访问代码块,仍然是不完美的。
怎么办呢?我们可以让获得锁的线程开启一个守护线程,用来给快要过期的锁“续航”。

当过去了29秒,线程A还没执行完,这时候守护线程会执行expire指令,为这把锁“续命”20秒。守护线程从第29秒开始执行,每20秒执行一次。

当线程A执行完任务,会显式关掉守护线程。

另一种情况,如果节点1 忽然断电,由于线程A和守护线程在同一个进程,守护线程也会停下。这把锁到了超时的时候,没人给它续命,也就自动释放了。

守护线程的代码并不难实现,有了大体思路,大家可以自己尝试实现一下。

09-03 01:29