實現分布式鎖最簡單的一種方式:基于Redis
不論是本地鎖還是分布式鎖,核心都在于“互斥”。
在 Redis 中, SETNX
命令是可以幫助我們實現互斥。SETNX
即 set if not exists?(對應 Java 中的 setIfAbsent
方法),如果 key 不存在的話,才會設置 key 的值。如果 key 已經存在, SETNX
啥也不做。
SETNX lockKey uniqueValue
(integer) 1
SETNX lockKey uniqueValue
(integer) 0
釋放鎖的話,直接通過?DEL
?命令刪除對應的 key 即可。
DEL lockKey
(integer) 1
為了防止誤刪到其他的鎖,這里我們建議使用 Lua 腳本通過 key 對應的 value(唯一值)來判斷。
選用 Lua 腳本是為了保證解鎖操作的原子性。因為 Redis 在執行 Lua 腳本時,可以以原子性的方式執行,從而保證了鎖釋放操作的原子性。
// 釋放鎖時,先比較鎖對應的 value 值是否相等,避免鎖的誤釋放
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call("del",KEYS[1])
elsereturn 0
end
這是一種最簡易的 Redis 分布式鎖實現,實現方式比較簡單,性能也很高效。不過,這種方式實現分布式鎖存在一些問題。就比如應用程序遇到一些問題比如釋放鎖的邏輯突然掛掉,可能會導致鎖無法被釋放,進而造成共享資源無法再被其他線程/進程訪問。
為了避免鎖無法被釋放,我們可以想到的一個解決辦法就是:給這個 key(也就是鎖) 設置一個過期時間?。
127.0.0.1:6379> SET lockKey uniqueValue EX 3 NX
OK
- lockKey:加鎖的鎖名;
- uniqueValue:能夠唯一標識鎖的隨機字符串;
- NX:只有當 lockKey 對應的 key 值不存在的時候才能 SET 成功;
- EX:過期時間設置(秒為單位)EX 3 標示這個鎖有一個 3 秒的自動過期時間。與 EX 對應的是 PX(毫秒為單位),這兩個都是過期時間設置。
這樣確實可以解決問題,不過,這種解決辦法同樣存在漏洞:如果操作共享資源的時間大于過期時間,就會出現鎖提前過期的問題,進而導致分布式鎖直接失效。如果鎖的超時時間設置過長,又會影響到性能。
你或許在想:如果操作共享資源的操作還未完成,鎖過期時間能夠自己續期就好了!
好 它來了
Redission+lua腳本實現互斥鎖
Redisson 是一個開源的 Java 語言 Redis 客戶端,提供了很多開箱即用的功能,不僅僅包括多種分布式鎖的實現。并且,Redisson 還支持 Redis 單機、Redis Sentinel、Redis Cluster 等多種部署架構。
Redisson 中的分布式鎖自帶自動續期機制,使用起來非常簡單,原理也比較簡單。在Redisson中需要手動加鎖,并且可以控制鎖的失效時間和等待時間。當鎖住的一個業務還沒有執行完成時,Redisson會引入一個看門狗機制,每隔一段時間檢查當前業務是否還持有鎖。如果持有,就增加加鎖的持有時間。
實踐一下:優惠券秒殺一人一單防止超賣實現步驟
1 引入依賴
<dependencies><!-- Redisson --><dependency><groupId>org.redisson</groupId><artifactId>redisson</artifactId><version>3.16.1</version></dependency><!-- Spring Boot Data Redis --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId></dependency><!-- Spring Web --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency>
</dependencies>
2. Redisson 配置
@Configuration
public class RedissonConfig {@Value("${spring.redis.host}")private String host;@Value("${spring.redis.port}")private String port;@Value("${spring.redis.password}")private String password;@Beanpublic RedissonClient redissonClient() {Config config = new Config();config.useSingleServer().setAddress("redis://" + host + ":" + port).setPassword(password == null || password.isEmpty() ? null : password).setDatabase(0);return Redisson.create(config);}
}
3. 常量類
public interface RedisConstants {String SECKILL_STOCK_KEY = "seckill:stock:";String SECKILL_ORDER_KEY = "seckill:order:";String LOCK_COUPON_KEY = "lock:coupon:";long LOCK_TIMEOUT = 30; // 鎖超時時間(秒)
}
4. service
@Service
public class CouponService {@Autowiredprivate RedissonClient redissonClient;@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Autowiredprivate CouponMapper couponMapper;@Autowiredprivate OrderMapper orderMapper;// 秒殺優惠券public Result seckillCoupon(Long couponId, Long userId) {// 1. 生成鎖keyString lockKey = RedisConstants.LOCK_COUPON_KEY + couponId;// 2. 獲取Redisson鎖RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);// 3. 嘗試獲取鎖,等待10秒,自動釋放時間30秒 這里沒有啟用看門狗 因為設置了自動30s超時釋放 boolean isLocked = false;try {isLocked = lock.tryLock(10, RedisConstants.LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.SECONDS);if (!isLocked) {return Result.fail("搶購失敗,請稍后再試");}// 4. 執行Lua腳本校驗庫存和用戶訂單String script = buildSeckillScript();List<String> keys = Arrays.asList(couponId.toString());List<String> args = Arrays.asList(userId.toString());Long result = stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class),keys, args);// 5. 處理腳本返回結果if (result == null) {return Result.fail("系統異常");}if (result == 0) {return Result.fail("庫存不足");}if (result == -1) {return Result.fail("每個用戶限購一次");}// 6. 創建訂單(這里簡化處理,實際項目可能需要更復雜的訂單創建邏輯)createOrder(couponId, userId);return Result.ok("搶購成功");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();return Result.fail("系統異常");} finally {// 7. 釋放鎖if (isLocked && lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();}}}// 構建秒殺Lua腳本private String buildSeckillScript() {return "local stockKey = 'seckill:stock:' .. KEYS[1] " +"local orderKey = 'seckill:order:' .. KEYS[1] " +"local userId = ARGV[1] " +"local stock = tonumber(redis.call('get', stockKey) or 0) " +"if stock <= 0 then return 0 end " +"if redis.call('sismember', orderKey, userId) == 1 then return -1 end " +"redis.call('decr', stockKey) " +"redis.call('sadd', orderKey, userId) " +"return 1";}// 創建訂單private void createOrder(Long couponId, Long userId) {// 查詢優惠券信息Coupon coupon = couponMapper.selectById(couponId);// 創建訂單Order order = new Order();order.setUserId(userId);order.setCouponId(couponId);order.setPayAmount(coupon.getPrice());// 設置其他訂單字段...// 保存訂單orderMapper.insert(order);}
}
5. controller
@RestController
@RequestMapping("/api/coupon")
public class CouponController {@Autowiredprivate CouponService couponService;@PostMapping("/seckill/{couponId}")public Result seckillCoupon(@PathVariable Long couponId, @RequestHeader("userId") Long userId) {return couponService.seckillCoupon(couponId, userId);}
}
6. 初始化庫存和優惠券
@Service
public class InitService {@Autowiredprivate StringRedisTemplate stringRedisTemplate;@Autowiredprivate CouponMapper couponMapper;// 初始化優惠券庫存到Redis@PostConstructpublic void initCouponStock() {// 查詢所有可用優惠券List<Coupon> coupons = couponMapper.selectList(new QueryWrapper<Coupon>().eq("status", 1).gt("stock", 0).lt("start_time", LocalDateTime.now()).gt("end_time", LocalDateTime.now()));// 將優惠券庫存加載到Redisfor (Coupon coupon : coupons) {stringRedisTemplate.opsForValue().set(RedisConstants.SECKILL_STOCK_KEY + coupon.getId(), coupon.getStock().toString());}}
}
lua腳本詳解
-- 獲取庫存鍵和訂單鍵
local stockKey = 'seckill:stock:' .. KEYS[1]
local orderKey = 'seckill:order:' .. KEYS[1] -- 獲取用戶ID參數
local userId = ARGV[1] -- 獲取當前庫存(如果不存在則為0)
local stock = tonumber(redis.call('get', stockKey) or 0) -- 檢查庫存是否不足
if stock <= 0 then return 0 end -- 檢查用戶是否已購買過
if redis.call('sismember', orderKey, userId) == 1 then return -1 end -- 扣減庫存
redis.call('decr', stockKey) -- 記錄用戶已購買
redis.call('sadd', orderKey, userId) -- 返回成功標識
return 1
看門狗機制在哪體現捏??
當你調用tryLock()
方法沒有顯式指定鎖的持有時間(即只傳等待時間,不傳釋放時間)時,看門狗機制會自動生效。例如:
// 啟用看門狗:不指定leaseTime,使用默認續期時間(默認30秒)
lock.tryLock(10, null, TimeUnit.SECONDS);// 禁用看門狗:顯式指定leaseTime,鎖到期后不會續期
lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS); // 你提供的代碼使用這種方式
如果啟用dog 建議增加配置來調整看門狗的默認續期時間:?
Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://localhost:6379").setLockWatchdogTimeout(60 * 1000); // 設置看門狗續期時間為60秒
Redisson實現的分布式鎖是可重入的嗎?它是怎么實現的?
是的,Redisson 實現的分布式鎖是可重入的。可重入鎖允許同一個線程多次獲取同一把鎖而不會被阻塞,這可以有效避免死鎖問題,同時讓代碼邏輯更清晰。
Redisson 如何實現可重入鎖
Redisson 是基于 Redis 的哈希結構來存儲鎖信息的。打個比方,我們有個叫 “myLock” 的鎖,這就是鎖的唯一標識,相當于哈希結構里的 Key。而每個嘗試獲取鎖的線程都有自己唯一的標識,像線程 ID 或者 UUID,這就是哈希結構里的 Field。線程獲取鎖的次數,也就是重入次數,就是哈希結構里的 Value。
加鎖過程
當一個線程想去獲取鎖的時候,Redisson 首先會檢查這個鎖對應的 Key 存不存在。要是不存在,那就說明當前沒有線程持有這把鎖,Redisson 就會創建這個鎖,把 Field 設成當前線程的標識,Value 設為 1,同時給鎖設置一個過期時間。要是鎖已經存在,Redisson 就會去檢查 Field 是不是和當前線程的標識一樣。如果一樣,那就意味著當前線程已經持有這把鎖了,Redisson 就把 Value 加 1,并且刷新鎖的過期時間。要是不一樣,那就表示鎖被其他線程占著,當前線程就得等著鎖被釋放。
釋放鎖過程
釋放鎖的時候,Redisson 會先看看鎖的 Field 和當前線程標識是不是一致。如果一致,就把 Value 減 1。要是減完之后 Value 變成 0 了,那就說明當前線程已經完全釋放了這把鎖,Redisson 就把鎖對應的 Key 刪除。要是 Value 還大于 0,說明當前線程還有重入的情況,還持有鎖,Redisson 就刷新一下鎖的過期時間。
防止死鎖
Redisson 在防止死鎖方面也有很實用的機制。一方面,加鎖的時候會給鎖設置過期時間,就算某個線程出問題了,一直不釋放鎖,到時間了鎖也會自動被刪除。另一方面,它的可重入機制也能避免因為線程嵌套調用導致的死鎖。
可重入鎖
Redisson 的可重入鎖優勢也很明顯。從線程安全角度看,只有持有鎖的線程才能釋放鎖,這就保證了不會出現線程安全問題。在性能上,它通過 Lua 腳本確保加鎖和釋放鎖的操作是原子性的,避免了競態條件,效率很高。