基於Redis實現一個分散式鎖

在開始講分散式鎖之前，有必要簡單介紹一下，為什麼需要分散式鎖?

與分散式鎖相對應的是「單機鎖」，我們在寫多執行緒程式時，避免同時操作一個共享變數產生資料問題，通常會使用一把鎖來「互斥」，以保證共享變數的正確性，其使用範圍是在「同一個程式」中。

如果換做是多個程式，需要同時操作一個共享資源，如何互斥呢?

例如，現在的業務應用通常都是微服務架構，這也意味著一個應用會部署多個程式，那這多個程式如果需要修改 MySQL 中的同一行記錄時，為了避免操作亂序導致資料錯誤，此時，我們就需要引入「分散式鎖」來解決這個問題了。

想要實現分散式鎖，必須藉助一個外部系統，所有程式都去這個系統上申請「加鎖」。

而這個外部系統，必須要實現「互斥」的能力，即兩個請求同時進來，只會給一個程式返回成功，另一個返回失敗(或等待)。

這個外部系統，可以是 MySQL，也可以是 Redis 或 Zookeeper。但為了追求更好的效能，我們通常會選擇使用 Redis 或 Zookeeper 來做。

下面我就以 Redis 為主線，由淺入深，帶你深度剖析一下，分散式鎖的各種「安全性」問題，幫你徹底理解分散式鎖。

我們從最簡單的開始講起。

想要實現分散式鎖，必須要求 Redis 有「互斥」的能力，我們可以使用 SETNX  ，這個 表示SET if Not eXists，即如果 key 不存在，才會設定它的值，否則什麼也不做。

兩個客戶端程式可以執行這個命令，達到互斥，就可以實現一個分散式鎖。

客戶端 1 申請加鎖，加鎖成功：

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1 
(integer) 1     // 客戶端1，加鎖成功

客戶端 2 申請加鎖，因為後到達，加鎖失敗：

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1 
(integer) 0     // 客戶端2，加鎖失敗

此時，加鎖成功的客戶端，就可以去操作「共享資源」，例如，修改 MySQL 的某一行資料，或者呼叫一個 API 請求。

操作完成後，還要及時釋放鎖，給後來者讓出操作共享資源的機會。如何釋放鎖呢?

也很簡單，直接使用 DEL 命令刪除這個 key 即可：

127.0.0.1:6379> DEL lock // 釋放鎖 
(integer) 1

這個邏輯非常簡單，整體的路程就是這樣：

但是，它存在一個很大的問題，當客戶端 1 拿到鎖後，如果發生下面的場景，就會造成「死鎖」：

程式處理業務邏輯異常，沒及時釋放鎖

程式掛了，沒機會釋放鎖

這時，這個客戶端就會一直佔用這個鎖，而其它客戶端就「永遠」拿不到這把鎖了。

怎麼解決這個問題呢?

我們很容易想到的方案是，在申請鎖時，給這把鎖設定一個「租期」。

在 Redis 中實現時，就是給這個 key 設定一個「過期時間」。這裡我們假設，操作共享資源的時間不會超過 10s，那麼在加鎖時，給這個 key 設定 10s 過期即可：

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1    // 加鎖 
(integer) 1 
127.0.0.1:6379> EXPIRE lock 10  // 10s後自動過期 
(integer) 1

這樣一來，無論客戶端是否異常，這個鎖都可以在 10s 後被「自動釋放」，其它客戶端依舊可以拿到鎖。

疑問臉，但這樣真的沒問題嗎?

還是有問題。

現在的操作，加鎖、設定過期是 2 條命令，有沒有可能只執行了第一條，第二條卻「來不及」執行的情況發生呢?例如：

• SETNX 執行成功，執行 EXPIRE 時由於網路問題，執行失敗
• SETNX 執行成功，Redis 異常當機，EXPIRE 沒有機會執行
• SETNX 執行成功，客戶端異常崩潰，EXPIRE 也沒有機會執行

總之，這兩條命令不能保證是原子操作(一起成功)，就有潛在的風險導致過期時間設定失敗，依舊發生「死鎖」問題。

在 Redis 2.6.12 版本之前，我們需要想盡辦法，保證 SETNX 和 EXPIRE 原子性執行，還要考慮各種異常情況如何處理。

但在 Redis 2.6.12 之後，Redis 擴充套件了 SET 命令的引數，用這一條命令就可以了：

// 一條命令保證原子性執行 
127.0.0.1:6379> SET lock 1 EX 10 NX 
OK

這樣就解決了死鎖問題，也比較簡單。