高併發架構系列：分散式鎖的由來、特點及Redis分散式鎖的實現詳解

在很多場景中，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，比如分散式事務、分散式鎖等。那具體什麼是分散式鎖，分散式鎖應用在哪些業務場景、如何來實現分散式鎖呢？今天來探討分散式鎖這個話題。

什麼是分散式鎖

要介紹分散式鎖，首先要提到與分散式鎖相對應的是執行緒鎖、程式鎖。

1.執行緒鎖

主要用來給方法、程式碼塊加鎖。當某個方法或程式碼使用鎖，在同一時刻僅有一個執行緒執行該方法或該程式碼段。執行緒鎖只在同一JVM中有效果，因為執行緒鎖的實現在根本上是依靠執行緒之間共享記憶體實現的，比如Synchronized、Lock等。

2.程式鎖

為了控制同一作業系統中多個程式訪問某個共享資源，因為程式具有獨立性，各個程式無法訪問其他程式的資源，因此無法通過synchronized等執行緒鎖實現程式鎖。

3.分散式鎖

當多個程式不在同一個系統中，用分散式鎖控制多個程式對資源的訪問。

分散式鎖的由來

在傳統單機部署的情況下，可以使用Java併發處理相關的API(如ReentrantLcok或synchronized)進行互斥控制。

但是在分散式系統後，由於分散式系統多執行緒、多程式並且分佈在不同機器上，這將使原單機併發控制鎖策略失效，為了解決這個問題就需要一種跨JVM的互斥機制來控制共享資源的訪問，這就是分散式鎖的由來。

當多個程式不在同一個系統中，就需要用分散式鎖控制多個程式對資源的訪問。

分散式鎖的特點

首先，為了確保分散式鎖可用，我們至少要確保鎖的實現同時滿足以下四個條件：

1、互斥性：任意時刻，只能有一個客戶端獲取鎖，不能同時有兩個客戶端獲取到鎖。

2、安全性：鎖只能被持有該鎖的客戶端刪除，不能由其它客戶端刪除。

3、死鎖：獲取鎖的客戶端因為某些原因（如down機等）而未能釋放鎖，其它客戶端再也無法獲取到該鎖。

4、容錯：當部分節點（redis節點等）down機時，客戶端仍然能夠獲取鎖和釋放鎖。

分散式鎖的具體實現

分散式鎖一般有三種實現方式：

1. 資料庫樂觀鎖；
2. 基於ZooKeeper的分散式鎖;

3.基於Redis的分散式鎖；

Redis實現分散式鎖

基於Redis命令：SET key value NX EX max-lock-time

這裡補充下： 從2.6.12版本後, 就可以使用set來獲取鎖, Lua 指令碼來釋放鎖。setnx是老黃曆了，set命令nx,xx等引數, 是為了實現 setnx 的功能。

1.加鎖

public class RedisTool { private static final String LOCK_SUCCESS = “OK”; private static final String SET_IF_NOT_EXIST = “NX”; private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = “PX”; /* 嘗試獲取分散式鎖 @param jedis Redis客戶端 @param lockKey 鎖 @param requestId 請求標識 @param expireTime 超期時間 @return 是否獲取成功 / public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) { String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime); if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) {return true;}return false;} }

jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)

這個set()方法一共有五個形參：

第一個為key，我們使用key來當鎖，因為key是唯一的。

第二個為value，我們傳的是requestId，很多童鞋可能不明白，有key作為鎖不就夠了嗎，為什麼還要用到value？原因就是我們在上面講到可靠性時，分散式鎖要滿足第四個條件解鈴還須繫鈴人，通過給value賦值為requestId，我們就知道這把鎖是哪個請求加的了，在解鎖的時候就可以有依據。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。

第三個為nxxx，這個引數我們填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即當key不存在時，我們進行set操作；若key已經存在，則不做任何操作；

第四個為expx，這個引數我們傳的是PX，意思是我們要給這個key加一個過期的設定，具體時間由第五個引數決定。

第五個為time，與第四個引數相呼應，代表key的過期時間。

總的來說，執行上面的set()方法就只會導致兩種結果：1. 當前沒有鎖（key不存在），那麼就進行加鎖操作，並對鎖設定個有效期，同時value表示加鎖的客戶端。2. 已有鎖存在，不做任何操作。

2.解鎖

public class RedisTool { private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L; /* 釋放分散式鎖 @param jedis Redis客戶端 @param lockKey 鎖 @param requestId 請求標識 @return 是否釋放成功 */ public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) { String script = “if redis.call(‘get’, KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call(‘del’, KEYS[1]) else return 0 end”; Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey),Collections.singletonList(requestId));if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) {return true;}return false;} }

那麼這段Lua程式碼的功能是什麼呢？其實很簡單，首先獲取鎖對應的value值，檢查是否與requestId相等，如果相等則刪除鎖（解鎖）。以上就是redis實現分散式鎖詳解，最近分享整理的一套Redis面試題目：Redis面試49題（含答案）：哨兵+複製+事務+叢集+持久化等，喜歡刷題的童鞋不妨看下。