redis分散式鎖-SETNX實現

Redis有一系列的命令，特點是以NX結尾，NX是Not eXists的縮寫，如SETNX命令就應該理解為：SET if Not eXists。這系列的命令非常有用，這裡講使用SETNX來實現分散式鎖。 

用SETNX實現分散式鎖 
利用SETNX非常簡單地實現分散式鎖。例如：某客戶端要獲得一個名字foo的鎖，客戶端使用下面的命令進行獲取： 
SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 

• 如返回1，則該客戶端獲得鎖，把lock.foo的鍵值設定為時間值表示該鍵已被鎖定，該客戶端最後可以通過DEL lock.foo來釋放該鎖。

• 如返回0，表明該鎖已被其他客戶端取得，這時我們可以先返回或進行重試等對方完成或等待鎖超時。

解決死鎖 
上面的鎖定邏輯有一個問題：如果一個持有鎖的客戶端失敗或崩潰了不能釋放鎖，該怎麼解決？我們可以通過鎖的鍵對應的時間戳來判斷這種情況是否發生了，如果當前的時間已經大於lock.foo的值，說明該鎖已失效，可以被重新使用。 

發生這種情況時，可不能簡單的通過DEL來刪除鎖，然後再SETNX一次，當多個客戶端檢測到鎖超時後都會嘗試去釋放它，這裡就可能出現一個競態條件,讓我們模擬一下這個場景： 

C0操作超時了，但它還持有著鎖，C1和C2讀取lock.foo檢查時間戳，先後發現超時了。 
C1 傳送DEL lock.foo 
C1 傳送SETNX lock.foo 並且成功了。 
C2 傳送DEL lock.foo 
C2 傳送SETNX lock.foo 並且成功了。 
這樣一來，C1，C2都拿到了鎖！問題大了！ 

幸好這種問題是可以避免的，讓我們來看看C3這個客戶端是怎樣做的： 

C3傳送SETNX lock.foo 想要獲得鎖，由於C0還持有鎖，所以Redis返回給C3一個0 
C3傳送GET lock.foo 以檢查鎖是否超時了，如果沒超時，則等待或重試。 
反之，如果已超時，C3通過下面的操作來嘗試獲得鎖： 
GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 
通過GETSET，C3拿到的時間戳如果仍然是超時的，那就說明，C3如願以償拿到鎖了。 
如果在C3之前，有個叫C4的客戶端比C3快一步執行了上面的操作，那麼C3拿到的時間戳是個未超時的值，這時，C3沒有如期獲得鎖，需要再次等待或重試。留意一下，儘管C3沒拿到鎖，但它改寫了C4設定的鎖的超時值，不過這一點非常微小的誤差帶來的影響可以忽略不計。 

注意：為了讓分散式鎖的演算法更穩鍵些，持有鎖的客戶端在解鎖之前應該再檢查一次自己的鎖是否已經超時，再去做DEL操作，因為可能客戶端因為某個耗時的操作而掛起，操作完的時候鎖因為超時已經被別人獲得，這時就不必解鎖了。 

示例虛擬碼 
根據上面的程式碼，我寫了一小段Fake程式碼來描述使用分散式鎖的全過程： 
# 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，要想這段邏輯可以重用，使用python的你馬上就想到了Decorator，而用Java的你是不是也想到了那誰？AOP + annotation？行，怎樣舒服怎樣用吧，別重複程式碼就行。 

java之jedis實現 
expireMsecs 鎖持有超時，防止執行緒在入鎖以後，無限的執行下去，讓鎖無法釋放 
timeoutMsecs 鎖等待超時，防止執行緒飢餓，永遠沒有入鎖執行程式碼的機會 

    /**
     * Acquire lock.
     * 
     * @param jedis
     * @return true if lock is acquired, false acquire timeouted
     * @throws InterruptedException
     *             in case of thread interruption
     */
    public synchronized boolean acquire(Jedis jedis) throws InterruptedException {
        int timeout = timeoutMsecs;
        while (timeout >= 0) {
            long expires = System.currentTimeMillis() + expireMsecs + 1;
            String expiresStr = String.valueOf(expires); //鎖到期時間

            if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {
                // lock acquired
                locked = true;
                return true;
            }

            String currentValueStr = jedis.get(lockKey); //redis裡的時間
            if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
                //判斷是否為空，不為空的情況下，如果被其他執行緒設定了值，則第二個條件判斷是過不去的
                // lock is expired

                String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
                //獲取上一個鎖到期時間，並設定現在的鎖到期時間，
                //只有一個執行緒才能獲取上一個線上的設定時間，因為jedis.getSet是同步的
                if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
                    //如過這個時候，多個執行緒恰好都到了這裡，但是隻有一個執行緒的設定值和當前值相同，他才有權利獲取鎖
                    // lock acquired
                    locked = true;
                    return true;
                }
            }
            timeout -= 100;
            Thread.sleep(100);
        }
        return false;
    }

一般用法 
其中很多繁瑣的邊緣程式碼 
包括：異常處理，釋放資源等等 

        JedisPool pool;
        JedisLock jedisLock = new JedisLock(pool.getResource(), lockKey, timeoutMsecs, expireMsecs);
        try {
            if (jedisLock.acquire()) { // 啟用鎖
                //執行業務邏輯
            } else {
                logger.info("The time wait for lock more than [{}] ms ", timeoutMsecs);
            }
        } catch (Throwable t) {
            // 分散式鎖異常
            logger.warn(t.getMessage(), t);
        } finally {
            if (jedisLock != null) {
                try {
                    jedisLock.release();// 則解鎖
                } catch (Exception e) {
                }
            }
            if (jedis != null) {
                try {
                    pool.returnResource(jedis);// 還到連線池裡
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }

犀利用法 
用匿名類來實現，程式碼非常簡潔 
至於SimpleLock的實現

        SimpleLock lock = new SimpleLock(key);
        lock.wrap(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //此處程式碼是鎖上的
            }
        });