Redis 实现分布式锁的探索与实践

发布于：2025-09-16 ⋅ 阅读:(69) ⋅ 点赞:(0)

一、问题的产生：秒杀功能中的超卖现象

在开发秒杀功能时，最初的逻辑很简单：判断商品库存是否大于 0，若大于则扣减库存，否则秒杀失败。然而上线后，出现了库存只有 1 个，却卖出多份的超卖问题。

这是因为在多线程并发场景下，多个线程同时对共享的库存资源进行读写，会导致数据错乱。

private static int stock = 1; // 假设初始库存为1

public static void placeOrder() throws Exception {
    if (stock > 0) {
        Thread.sleep(100);
        stock--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "秒杀成功");
    } else {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "秒杀失败！库存不足");
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        new Thread(() -> {
            try {
                placeOrder();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();
    }
}

运行结果：

二、初步尝试：使用synchronized锁

为解决多线程并发问题，我们使用了 synchronized 同步锁对秒杀逻辑进行改造。改造后进行压测，超卖问题确实得到解决。

private static final Object lock = new Object();
    private static int stock = 1;

    public static void placeOrder() throws Exception {
        synchronized (lock) {
            if (stock > 0) {
                Thread.sleep(100);
                stock--;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "秒杀成功");
            } else {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "秒杀失败！库存不足");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    placeOrder();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }

运行结果：

但随着用户量增长，服务器压力增大、性能达到瓶颈。于是我们采用 Nginx 负载均衡进行服务器水平扩展，构建分布式集群。可压测时发现，秒杀功能又出现超卖问题。

这是因为 synchronized是 JVM 级别的锁，只能锁住单个进程内的线程。在分布式部署后，每台服务器的 synchronized 锁只能控制自身服务器内的线程，无法跨服务器协调，多个服务器的线程仍会并发操作库存，导致超卖。

三、分布式锁的引入：Redis方案

为解决分布式场景下的并发问题，我们引入分布式锁，主流的分布式锁实现有 Redis 和 ZooKeeper，这里选择 Redis 来实现。

3.1 Redis分布式锁的核心原理（基于SETNX）

Redis 的 SETNX（Set If Not Exists）命令是实现分布式锁的关键。当一个线程向 Redis 中通过 SETNX 存储一个键值对时：

  • 如果该键不存在，就存储成功并返回 True，表示获取到锁。
  • 如果该键已存在，存储失败并返回 False，表示获取锁失败。

利用这个特性，我们可以让多个服务器上的线程，通过争抢 Redis 中的 “锁键”，来实现对秒杀资源的互斥访问。

3.2 Redis分布式锁的关键要点

1. 必须设置锁的过期时间
如果不设置过期时间，当持有锁的线程意外挂掉（如服务器宕机），锁会一直存在，其他线程会一直等待，陷入死锁。

2. 处理业务超时问题
若业务处理时间超过锁的过期时间，锁会自动释放，其他线程就会抢占锁，可能导致业务逻辑混乱。
解决方法有两种：

  • 延长锁时间 + 心跳机制：加长锁的过期时间，并启动一个子线程，每 10 秒检查持有锁的线程是否在线，若在线则重置锁的过期时间。
  • 给锁添加唯一标识：为每把锁设置唯一 ID（如 UUID），确保锁的 key 与持有它的线程绑定，防止线程释放其他线程的锁。

3.3 Redis的特性与red lock

Redis 采用 AP 模型，追求高可用和高性能，但不保证强一致性。
而 red lock 则致力于保证一致性，它要求所有参与的 Redis 节点（主从复制架构中，主节点和从节点都保存成功）都成功保存锁信息，才会返回加锁成功，以此提高分布式锁的可靠性。

四、Redis分布式锁在Java中的实现

在Java中使用Redis实现分布式锁有多种方式，下面我将介绍几种常见的实现方案及其代码示例。

方案一：基于SETNX命令的基础实现

1. 添加Redis依赖

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>4.4.3</version>
</dependency>

2. 基础实现代码

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.params.SetParams;

import java.util.Collections;

public class RedisDistributedLock {
    
    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";
    private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L;
    
    private Jedis jedis;
    
    public RedisDistributedLock(Jedis jedis) {
        this.jedis = jedis;
    }
    
    /**
     * 尝试获取分布式锁
     * @param lockKey 锁的key
     * @param requestId 请求标识（用于标识锁的持有者）
     * @param expireTime 超期时间（毫秒）
     * @return 是否获取成功
     */
    public boolean tryLock(String lockKey, String requestId, int expireTime) {
        SetParams params = SetParams.setParams()
                .nx()  // NX: 仅当key不存在时设置
                .px(expireTime);  // PX: 设置过期时间（毫秒）
        
        String result = jedis.set(lockKey, requestId, params);
        return LOCK_SUCCESS.equals(result);
    }
    
    /**
     * 释放分布式锁
     * @param lockKey 锁的key
     * @param requestId 请求标识
     * @return 是否释放成功
     */
    public boolean releaseLock(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));
        
        return RELEASE_SUCCESS.equals(result);
    }
    
    /**
     * 尝试获取锁（带重试机制）
     */
    public boolean lockWithRetry(String lockKey, String requestId, 
                                int expireTime, int retryTimes, long sleepMillis) {
        for (int i = 0; i < retryTimes; i++) {
            if (tryLock(lockKey, requestId, expireTime)) {
                return true;
            }
            try {
                Thread.sleep(sleepMillis);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                return false;
            }
        }
        return false;
    }
}

方案二：使用Redisson框架（推荐）

1. 添加Redisson依赖

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.23.2</version>
</dependency>

2. Redisson实现代码

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class RedissonDistributedLock {
    
    private RedissonClient redissonClient;
    
    public RedissonDistributedLock() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        this.redissonClient = Redisson.create(config);
    }
    
    /**
     * 获取锁
     */
    public boolean tryLock(String lockKey, long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) {
        RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);
        try {
            return lock.tryLock(waitTime, leaseTime, unit);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            return false;
        }
    }
    
    /**
     * 释放锁
     */
    public void unlock(String lockKey) {
        RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);
        if (lock.isLocked() && lock.isHeldByCurrentThread()) {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    /**
     * 关闭Redisson客户端
     */
    public void shutdown() {
        if (redissonClient != null) {
            redissonClient.shutdown();
        }
    }
}

3. 使用示例

public class LockExample {
    
    public static void main(String[] args) {
        RedissonDistributedLock lockService = new RedissonDistributedLock();
        String lockKey = "order:lock:1001";
        
        try {
            // 尝试获取锁，最多等待10秒，锁持有时间30秒
            boolean acquired = lockService.tryLock(lockKey, 10, 30, TimeUnit.SECONDS);
            
            if (acquired) {
                try {
                    // 执行业务逻辑
                    processOrder();
                } finally {
                    // 释放锁
                    lockService.unlock(lockKey);
                }
            } else {
                System.out.println("获取锁失败");
            }
        } finally {
            lockService.shutdown();
        }
    }
    
    private static void processOrder() {
        // 业务处理逻辑
        System.out.println("处理订单业务...");
    }
}

五、总结

从最初的单线程并发问题，到分布式场景下的并发控制，我们逐步探索出基于 Redis 的分布式锁方案来实现秒杀功能。Redis 分布式锁借助 SETNX 命令，结合过期时间、心跳机制等优化手段，能有效解决分布式秒杀中的超卖问题，同时在高可用、高性能方面也能满足秒杀场景的需求，当然 red lock 还能进一步提升锁的一致性保障。

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