Redis分散式鎖的原理以及如何續期

擊水三千里發表於2019-03-11

面試問題

Redis鎖的過期時間小於業務的執行時間該如何續期？

問題分析

首先如果你之前用Redis的分散式鎖的姿勢正確,並且看過相應的官方文件的話,這個問題So easy.我們來看

很多同學在用分散式鎖時,都是直接百度搜尋找一個Redis分散式鎖工具類就直接用了，其實Redis分散式鎖比較正確的姿勢是採用redisson這個客戶端工具

如何回答

預設情況下,加鎖的時間是30秒.如果加鎖的業務沒有執行完,那麼到 30-10 = 20秒的時候,就會進行一次續期,把鎖重置成30秒.那這個時候可能又有同學問了,那業務的機器萬一當機了呢?當機了定時任務跑不了,就續不了期,那自然30秒之後鎖就解開了唄.

Redisson分散式鎖的底層原理

https://mp.weixin.qq.com/s/y_Uw3P2Ll7wvk_j5Fdlusw

1）加鎖機制

我們們來看上面那張圖，現在某個客戶端要加鎖。如果該客戶端面對的是一個redis cluster叢集，他首先會根據hash節點選擇一臺機器。

這裡注意，僅僅只是選擇一臺機器！這點很關鍵！

緊接著，就會傳送一段lua指令碼到redis上，那段lua指令碼如下所示：

為啥要用lua指令碼呢？

因為一大坨複雜的業務邏輯，可以通過封裝在lua指令碼中傳送給redis，保證這段複雜業務邏輯執行的原子性。

那麼，這段lua指令碼是什麼意思呢？

KEYS[1]代表的是你加鎖的那個key，比如說：

RLock lock = redisson.getLock("myLock");

這裡你自己設定了加鎖的那個鎖key就是“myLock”。

ARGV[1]代表的就是鎖key的預設生存時間，預設30秒。

ARGV[2]代表的是加鎖的客戶端的ID，類似於下面這樣：

8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1

給大家解釋一下，第一段if判斷語句，就是用“exists myLock”命令判斷一下，如果你要加鎖的那個鎖key不存在的話，你就進行加鎖。

如何加鎖呢？很簡單，用下面的命令：

hset myLock

8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1 1

通過這個命令設定一個hash資料結構，這行命令執行後，會出現一個類似下面的資料結構：

上述就代表“8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1”這個客戶端對“myLock”這個鎖key完成了加鎖。

接著會執行“pexpire myLock 30000”命令，設定myLock這個鎖key的生存時間是30秒。

好了，到此為止，ok，加鎖完成了。

（2）鎖互斥機制

那麼在這個時候，如果客戶端2來嘗試加鎖，執行了同樣的一段lua指令碼，會咋樣呢？

很簡單，第一個if判斷會執行“exists myLock”，發現myLock這個鎖key已經存在了。

接著第二個if判斷，判斷一下，myLock鎖key的hash資料結構中，是否包含客戶端2的ID，但是明顯不是的，因為那裡包含的是客戶端1的ID。

所以，客戶端2會獲取到pttl myLock返回的一個數字，這個數字代表了myLock這個鎖key的剩餘生存時間。比如還剩15000毫秒的生存時間。

此時客戶端2會進入一個while迴圈，不停的嘗試加鎖。

（3）watch dog自動延期機制

客戶端1加鎖的鎖key預設生存時間才30秒，如果超過了30秒，客戶端1還想一直持有這把鎖，怎麼辦呢？

簡單！只要客戶端1一旦加鎖成功，就會啟動一個watch dog看門狗，他是一個後臺執行緒，會每隔10秒檢查一下，如果客戶端1還持有鎖key，那麼就會不斷的延長鎖key的生存時間。

（4）可重入加鎖機制

那如果客戶端1都已經持有了這把鎖了，結果可重入的加鎖會怎麼樣呢？

比如下面這種程式碼：

這時我們來分析一下上面那段lua指令碼。

第一個if判斷肯定不成立，“exists myLock”會顯示鎖key已經存在了。

第二個if判斷會成立，因為myLock的hash資料結構中包含的那個ID，就是客戶端1的那個ID，也就是“8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1”

此時就會執行可重入加鎖的邏輯，他會用：

incrby myLock

8743c9c0-0795-4907-87fd-6c71a6b4586:1 1

通過這個命令，對客戶端1的加鎖次數，累加1。

此時myLock資料結構變為下面這樣：

大家看到了吧，那個myLock的hash資料結構中的那個客戶端ID，就對應著加鎖的次數

（5）釋放鎖機制

如果執行lock.unlock()，就可以釋放分散式鎖，此時的業務邏輯也是非常簡單的。

其實說白了，就是每次都對myLock資料結構中的那個加鎖次數減1。

如果發現加鎖次數是0了，說明這個客戶端已經不再持有鎖了，此時就會用：

“del myLock”命令，從redis裡刪除這個key。

然後呢，另外的客戶端2就可以嘗試完成加鎖了。

這就是所謂的分散式鎖的開源Redisson框架的實現機制。

一般我們在生產系統中，可以用Redisson框架提供的這個類庫來基於redis進行分散式鎖的加鎖與釋放鎖。

（6）上述Redis分散式鎖的缺點

其實上面那種方案最大的問題，就是如果你對某個redis master例項，寫入了myLock這種鎖key的value，此時會非同步複製給對應的master slave例項。

但是這個過程中一旦發生redis master當機，主備切換，redis slave變為了redis master。

接著就會導致，客戶端2來嘗試加鎖的時候，在新的redis master上完成了加鎖，而客戶端1也以為自己成功加了鎖。

此時就會導致多個客戶端對一個分散式鎖完成了加鎖。

這時系統在業務語義上一定會出現問題，導致各種髒資料的產生。

所以這個就是redis cluster，或者是redis master-slave架構的主從非同步複製導致的redis分散式鎖的最大缺陷：在redis master例項當機的時候，可能導致多個客戶端同時完成加鎖。

參考文章：