C# Redis分散式鎖(RedLock) - 多節點

熱敷哥發表於2020-10-07
C#Redis分散式

Redis單節點的分散式鎖只需要注意三點就可以了:

1.加鎖並設定鎖的過期時間必須是原子操作;

2.鎖的value值必須要有唯一性;

3.釋放鎖的時候要驗證其value值,不是自己加的鎖不能釋放.

 

但是單節點分散式鎖最大的缺點就是,它只作用在一個Redis節點上,如果該節點掛了,那就掛了.

那可不可以通過哨兵機制來保證高可用呢?

答案是不行.

因為Redis在進行主從複製的時候是非同步的.

假設 clientA 拿到鎖後,在 master 還沒同步到 slave 時,master 發生了故障,這時候 salve 升級為 master,導致鎖丟失.

 

RedLock 的思想是:假設有5個Redis節點.這些節點完全相互獨立,不存在主從或者叢集機制,都是 master.並且這5個Redis例項執行在5臺機器上,這樣保證他們不會同時宕掉.

客戶端應該按照以下操作來獲取鎖:

1.獲取當前時間戳,假設是T1.

2.依次嘗試從這5個Redis例項獲取鎖.當客戶端向Redis請求獲取鎖時,客戶端應該設定超時時間,並且這個超時時間應該小於鎖的失效時間.比如你的鎖自動失效時間為10秒,則超時時間應該在5-50毫秒之間.這樣可以避免Redis已經掛掉的情況下,客戶端還在等待響應結果.如果Redis沒有在規定時間內響應,客戶端應該儘快嘗試去另外一個Redis例項請求獲取鎖.

3.請求完所有的Redis節點後,只有滿足如下兩點,才算真正的獲取到鎖:

　　1)當前時間 - T1 的時間差小於鎖的過期時間.比如T1=00:00:00,然後從5個Redis節點都拿到了鎖,當前時間是 00:00:05,也就是說獲取鎖一共用了5秒鐘.假設鎖的過期時間是3秒,那麼這次獲取鎖的操作就算失敗了.

　　2)從(N/2+1)個Redis節點都獲取到鎖.這個很好理解,5個節點,你拿2個,我拿2個,到底算誰的?

　　總結一句話就是:從開始獲取鎖計時,只要在鎖的過期時間內成功獲取到一半以上的鎖便算成功,否則算失敗.

4.當客戶端獲取到了鎖,鎖的真正有效時間 = 鎖的過期時間 - 獲取鎖所使用的時間(也就是第3步計算出來的時間).

5.如果客戶端由於某些原因(比如獲取鎖的例項個數小於N/2+1,或者已經超過了有效時間),沒有獲取到鎖,客戶端便會在所有的Redis例項上進行解鎖（即使某些Redis例項根本就沒有加鎖成功),因為可能已經獲取了小於 N/2+1個鎖,必須釋放掉,否則會影響其他客戶端獲取鎖.

 

關於是否啟動AOF永久儲存,需要有所取捨.

1.永久啟動,由於Redis的過期機制是按照unix時間戳走的,所以當我們重啟Redis後,依然會按照規定的時間過期.但是永久啟動對效能有一定影響;

2.採用預設的1秒1次.如果在1秒內斷電,會導致資料丟失,這時候如果立刻重啟會導致鎖的互斥性實效.

所以有效的解決方案是,採用AOF,1秒1次,不管什麼原因當機後,等待一定時間再重啟.這個時間就是鎖的過期時間.

 

Demo:

安裝官方提供的 RedLock.net

 

Startup:

    public class Startup
    {
        private RedLockFactory _redLockFactory;

        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddControllers();

            var endPoints = new List<RedLockEndPoint>
            {
                new DnsEndPoint("127.0.0.1", 6379),
                new DnsEndPoint("127.0.0.1", 6380),
                new DnsEndPoint("127.0.0.1", 6381)
            };
            _redLockFactory = RedLockFactory.Create(endPoints);
            services.AddSingleton(typeof(IDistributedLockFactory), _redLockFactory);
        }

        public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env, IHostApplicationLifetime applicationLifetime)
        {
            if (env.IsDevelopment())
            {
                app.UseDeveloperExceptionPage();
            }

            //應用程式結束時釋放,因為不是容器建立的物件
            applicationLifetime.ApplicationStopping.Register(() =>
            {
                _redLockFactory.Dispose();
            });

            app.UseRouting();
            app.UseEndpoints(endpoints =>
            {
                endpoints.MapControllers();
            });
        }
    }

 

測試api:

    [ApiController]
    public class ValuesController : ControllerBase
    {
        private static int _stock = 10;

        private readonly IDistributedLockFactory _distributedLockFactory;

        public ValuesController(IDistributedLockFactory distributedLockFactory)
        {
            _distributedLockFactory = distributedLockFactory;
        }

        [Route("lockTest")]
        [HttpGet]
        public async Task<int> DistributedLockTest()
        {
            // resource 鎖定的資源
            var resource = "the-thing-we-are-locking-on";

            // expiryTime 鎖的過期時間
            var expiry = TimeSpan.FromSeconds(5);

            // waitTime 等待時間
            var wait = TimeSpan.FromSeconds(1);

            // retryTime 等待時間內，多久重試一次
            var retry = TimeSpan.FromMilliseconds(250);

            using (var redLock = await _distributedLockFactory.CreateLockAsync(resource, expiry, wait, retry))
            {
                if (redLock.IsAcquired)
                {
                    // 模擬執行業務邏輯
                    await Task.Delay(new Random().Next(100, 500));
                    if (stock > 0)
                    {
                        stock--;
                        return stock;
                    }
                    return stock;
                }
                Console.WriteLine($"{DateTime.Now} : 獲取鎖失敗");
            }
            return -99;
        }
    }

 

測試控制檯:

        static void Main(string[] args)
        {
            HttpClient client = new HttpClient();
            var result = Parallel.For(0, 20, (i) =>
             {
                 var stopwatch = new Stopwatch();
                 stopwatch.Start();
                 var response = client.GetAsync($"http://localhost:5000/locktest").Result;
                 stopwatch.Stop();
                 var data = response.Content.ReadAsStringAsync().Result;
                 Console.WriteLine($"ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, Result:{data}, Time:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}");
             });
            client.Dispose();
            Console.ReadKey();
        }

 

測試結果:

 

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