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細說Redis分布式鎖

談起Redis鎖,下面三個,算是出現最多的高頻詞匯:
  • Setnx
  • Redlock
  • Redisson

Setnx

其實目前通常所說的Setnx命令,并非單指Redis的setnx key value這條命令。
一般代指Redis中對set命令加上nx參數進行使用,set這個命令,目前已經支持這么多參數可選:
細說Redis分布式鎖
當然了,就不在文章中默寫API了,基礎參數還有不清晰的,可以蹦到官網:https://redis.io/commands/set
細說Redis分布式鎖
上圖是筆者畫的Setnx大致原理,主要依托了它的key不存在才能set成功的特性,進程A拿到鎖,在沒有刪除鎖的Key時,進程B自然獲取鎖就失敗了。
那么為什么要使用PX 30000去設置一個超時時間?
是怕進程A不講道理啊,鎖沒等釋放呢,萬一崩了,直接原地把鎖帶走了,導致系統中誰也拿不到鎖。
細說Redis分布式鎖
就算這樣,還是不能保證萬無一失。
如果進程A又不講道理,操作鎖內資源超過筆者設置的超時時間,那么就會導致其他進程拿到鎖,等進程A回來了,回手就是把其他進程的鎖刪了,如圖:
細說Redis分布式鎖
還是剛才那張圖,將T5時刻改成了鎖超時,被Redis釋放。
進程B在T6開開心心拿到鎖不到一會,進程A操作完成,回手一個del,就把鎖釋放了。
當進程B操作完成,去釋放鎖的時候(圖中T8時刻):
細說Redis分布式鎖
找不到鎖其實還算好的,萬一T7時刻有個進程C過來加鎖成功,那么進程B就把進程C的鎖釋放了。
以此類推,進程C可能釋放進程D的鎖,進程D……(禁止套娃),具體什么后果就不得而知了。
所以在用Setnx的時候,key雖然是主要作用,但是value也不能閑著,可以設置一個唯一的客戶端ID,或者用UUID這種隨機數。
當解鎖的時候,先獲取value判斷是否是當前進程加的鎖,再去刪除。偽代碼:
細說Redis分布式鎖
這回看起來是不是穩了。
相反,這回的問題更明顯了,在finally代碼塊中,get和del并非原子操作,還是有進程安全問題。
細說Redis分布式鎖
為什么有問題還說這么多呢?
第一,搞清劣勢所在,才能更好的完善。
第二點,其實上文中最后這段代碼,還是有很多公司在用的。
大小項目悖論:大公司實現規范,但是小司小項目雖然存在不嚴謹,可并發倒也不高,出問題的概率和大公司一樣低。——魯迅
細說Redis分布式鎖
那么刪除鎖的正確姿勢之一,就是可以使用Lua腳本,通過Redis的eval/evalsha命令來運行:
細說Redis分布式鎖
通過Lua腳本能保證原子性的原因說的通俗一點:
就算你在Lua里寫出花,執行也是一個命令(eval/evalsha)去執行的,一條命令沒執行完,其他客戶端是看不到的。
那么既然這么麻煩,有沒有比較好的工具呢?就要說到Redisson了。
介紹Redisson之前,筆者簡單解釋一下為什么現在的Setnx默認是指set命令帶上nx參數,而不是直接說是Setnx這個命令。
因為Redis版本在2.6.12之前,set是不支持nx參數的,如果想要完成一個鎖,那么需要兩條命令:
細說Redis分布式鎖
即放入Key和設置有效期,是分開的兩步,理論上會出現1剛執行完,程序掛掉,無法保證原子性。
但是早在2013年,也就是7年前,Redis就發布了2.6.12版本,并且官網(set命令頁[1]),也早早就說明了“SETNX,SETEX,PSETEX可能在未來的版本中,會棄用并永久刪除”。
筆者曾閱讀過一位大佬的文章,其中就有一句指導入門者的面試小套路,具體文字忘記了,大概意思如下:
說到Redis鎖的時候,可以先從Setnx講起,最后慢慢引出set命令的可以加參數,可以體現出自己的知識面。
如果有緣你也閱讀過這篇文章,并且學到了這個套路,作為本文的筆者我要加一句提醒:
請注意你的工作年限!首先回答官網表明即將廢棄的命令,再引出set命令七年前的“新特性”,如果是剛畢業不久的人這么說,面試官會以為自己穿越了。
你套路面試官,面試官也會套路你。——vt?沃茲基碩德

Redisson

Redisson是Java的Redis客戶端之一,提供了一些API方便操作Redis。
但是Redisson這個客戶端可有點厲害,筆者在官網截了僅僅是一部分的圖:
細說Redis分布式鎖
這個特性列表可以說是太多了,是不是還看到了一些JUC包下面的類名,Redisson幫我們搞了分布式的版本,比如AtomicLong,直接用RedissonAtomicLong就行了,連類名都不用去新記,很人性化了。
鎖只是它的冰山一角,并且從它的wiki[2]頁面看到,對主從,哨兵,集群等模式都支持,當然了,單節點模式肯定是支持的。
本文還是以鎖為主,其他的不過多介紹。
Redisson普通的鎖實現源碼主要是RedissonLock這個類,還沒有看過它源碼的盆友,不妨去瞧一瞧。
源碼中加鎖/釋放鎖操作都是用Lua腳本完成的,封裝的非常完善,開箱即用。
這里有個小細節,加鎖使用Setnx就能實現,也采用Lua腳本是不是多此一舉?筆者也非常嚴謹的思考了一下:這么厲害的東西哪能寫廢代碼?
細說Redis分布式鎖
其實筆者仔細看了一下,加鎖解鎖的Lua腳本考慮的非常全面,其中就包括鎖的重入性,這點可以說是考慮非常周全,我也隨手寫了代碼測試一下:
細說Redis分布式鎖
的確用起來像JDK的ReentrantLock一樣絲滑,那么Redisson實現的已經這么完善,RedLock又是什么?

RedLock

細說Redis分布式鎖
RedLock的中文是直譯過來的,就叫紅鎖。
紅鎖并非是一個工具,而是Redis官方提出的一種分布式鎖的算法。
就在剛剛介紹完的Redisson中,就實現了redLock版本的鎖。也就是說除了getLock方法,還有getRedLock方法。
筆者大概畫了一下對紅鎖的理解:
細說Redis分布式鎖
如果你不熟悉Redis高可用部署,那么沒關系。RedLock算法雖然是需要多個實例,但是這些實例都是獨自部署的,沒有主從關系。
RedLock作者指出,之所以要用獨立的,是避免了redis異步復制造成的鎖丟失,比如:主節點沒來的及把剛剛set進來這條數據給從節點,就掛了。
有些人是不是覺得大佬們都是杠精啊,天天就想著極端情況。其實高可用嘛,拼的就是99.999……%中小數點后面的位數。
回到上面那張簡陋的圖片,紅鎖算法認為,只要(N/2) + 1個節點加鎖成功,那么就認為獲取了鎖, 解鎖時將所有實例解鎖。流程為:
  1. 順序向五個節點請求加鎖
  2. 根據一定的超時時間來推斷是不是跳過該節點
  3. 三個節點加鎖成功并且花費時間小于鎖的有效期
  4. 認定加鎖成功
也就是說,假設鎖30秒過期,三個節點加鎖花了31秒,自然是加鎖失敗了。
這只是舉個例子,實際上并不應該等每個節點那么長時間,就像官網所說的那樣,假設有效期是10秒,那么單個Redis實例操作超時時間,應該在5到50毫秒(注意時間單位)。
還是假設我們設置有效期是30秒,圖中超時了兩個Redis節點。那么加鎖成功的節點總共花費了3秒,所以鎖的實際有效期是小于27秒的。
即扣除加鎖成功三個實例的3秒,還要扣除等待超時Redis實例的總共時間。
看到這,你有可能對這個算法有一些疑問,那么你不是一個人。
回頭看看Redis官網關于紅鎖的描述[3]。
就在這篇描述頁面的最下面,你能看到著名的關于紅鎖的神仙打架事件。
細說Redis分布式鎖
即Martin Kleppmann和Antirez的RedLock辯論。一個是很有資歷的分布式架構師,一個是Redis之父。
官方掛人,最為致命。
開個玩笑,要是質疑能被官方掛到官網,說明肯定是有價值的。
所以說如果項目里要使用紅鎖,除了紅鎖的介紹,不妨要多看兩篇文章,即:
  • Martin Kleppmann的質疑貼:http://martin.kleppmann.com/2016/02/08/how-to-do-distributed-locking.html
  • Antirez的反擊貼:http://antirez.com/news/101

總結

看了這么多,是不是發現如何實現,都不能保證100%的穩定。
程序就是這樣,沒有絕對的穩定,所以做好人工補償環節也是重要的一環,畢竟:技術不夠,人工來湊~
相關鏈接:
  1. https://redis.io/commands/set
  2. https://github.com/redisson/redisson/wiki/Table-of-Content
  3. https://redis.io/topics/distlock
原文鏈接:https://juejin.cn/post/6844904082860146695

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