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分布式锁介绍
在上一篇文章 Redis实战—优惠卷秒杀 中，我们通过使用锁、事务和代理对象实现了“一人一单”的优惠券秒杀功能。但我们使用的锁是基于JVM内部的锁，这导致锁的范围只能限制单个JVM的线程操作，因此在集群情况下，依然会出现超卖问题。所以我们需要设置一个锁，使其能够同时限制集群中的多个JVM线程操作，而这个锁就是分布式锁，由此引出本文。
集群情况下JVM锁的使用情况如下图。
集群情况下分布式锁的使用情况如下图。
分布式锁的实现
基于Redis的分布式锁
我们利用Redis的SET lock thread1 NX操作来模拟获取锁，即如果当前不存在lock键，则添加lock键成功，如果当前存在lock键，则添加lock键失败。我们将添加lock键的操作视为获取锁的操作，将lock键是否存在视为当前锁是否已被其他线程获取。执行语句后，通过Redis返回OK或者nil，我们可以判断是否获取锁成功。为防止宕机时无法对锁进行销毁，我们在进行SET操作时还需通过EX为键设置一个合理的时间。
Redis锁代码实现
// 接口类
public interface ILock {
/*
* 尝试获取锁
* timeoutSec 锁持有的超时时间，过期后自动释放
* 返回值 true代表获取锁成功；false代表获取锁失败
* */
boolean tryLock(long timeoutSec);
//释放锁
void unlock();
}
// 接口实现类
public class SimpleRedisLock implements ILock {
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
// 获取线程标识
long threadId = Thread.currentThread().getId();
// 获取锁，并添加时间
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
.setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + " ", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
//避免拆箱导致空指针，使用Boolean.TRUE.equals方法返回结果
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
// 释放锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}
修改业务代码
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
//判断是否满足抢购条件
...
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
// 创建锁对象，根据用户ID加锁
SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
// 获取锁
boolean isLock = lock.tryLock(1200);
// 若获取锁失败
if (!isLock)
return Result.fail("不允许重复下单");
// 若获取锁成功
try {
// 获取当前代理对象（事务）
IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
} finally {
lock.unlock();
}
}分布式锁误删问题
如上图所示，持有锁的线程1在锁的内部出现了业务阻塞，导致它的锁被超时释放。这时线程2尝试获得锁成功，然而在线程2持有锁执行过程中，线程1的业务反应过来，继续执行，而线程1业务执行完成后，进行了删除锁逻辑，此时就会把本应属于线程2的锁进行删除，这就是误删其它线程锁的情况。
解决方案：当线程创建锁时，同时为该锁添加当前线程标识，该标识由UUID随机数为前缀与线程id组合而成（为避免出现集群下两个线程的id相同的情况，因此添加UUID前缀）。当一个线程删除锁时，需要判断当前线程标识与锁标识是否一致，若一致，说明该锁由当前线程创建，可进行删除；若不一致，说明该锁由其它线程创建，不可进行删除。
对simpleRedisLock类代码优化如下。
package com.hmdp.utils;
import cn.hutool.core.lang.UUID;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class SimpleRedisLock implements ILock {
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
// 获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
// 获取锁，并设置标识、添加时间
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
.setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
//避免拆箱导致空指针，使用Boolean.TRUE.equals方法返回结果
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
// 获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
// 获取锁标识
String lockID = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
// 判断标识是否一致
if(threadId.equals(lockID))
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}
分布式锁原子性问题
如上图所示，线程1执行业务结束后，进行释放锁的操作，在对锁的标识进行判断后，开始释放锁。但是，线程1在"判断结束"到"释放锁"的期间，受到了阻塞（遇到JVM垃圾回收机制时会暂停程序，导致阻塞），这时线程2获取锁。当线程1恢复后，继续进行释放锁的操作，将会误删线程2的锁。我们前面设置了锁标识，并且要求在释放锁之前需要做一个判断，但在判断可以释放锁后，如果遇到了阻塞，将可能导致上图所示的误删操作。
解决方法：我们需要实现"判断"和"释放锁"这两条命令的原子性问题。
Lua脚本
Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多条Redis命令，能够确保多条命令执行时的原子性。Lua是一种编程语言，其基本语法可以参考网站：Lua 教程 | 菜鸟教程。这里重点介绍Redis提供的调用函数，我们可以使用lua去操作redis，以保证多条redis命令的原子性，这样就可以实现拿锁、判断、删锁多条命令的原子性动作了，作为一名Java程序员这一块并不需要大家过于精通，只需要知道它有什么作用即可。
编写脚本
我们需要在resources文件中新建.lua文件（如果没有该新建项，需要下载EmmyLua插件），并在其中添加下图中的脚本内容。
代码优化
优化后的代码如下。
public class SimpleRedisLock implements ILock {
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true) + "-";
private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
//初始化UNLOCK_SCRIPT
static {
UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
//初始化返回值
UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
}
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
// 获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
// 获取锁，并设置锁标识、添加时间
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
.setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
//避免拆箱导致空指针，使用Boolean.TRUE.equals方法返回结果
return Boolean.TRUE.equals(success);
}
@Override
public void unlock() {
// 调用lua脚本
stringRedisTemplate.execute(
UNLOCK_SCRIPT,
//要求传入KEYS集合，使用Collections单元素集合工具
Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
//线程标识
ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());
}
/* @Override
public void unlock() {
// 获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();
// 获取锁标识
String lockID = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
// 判断标识是否一致
if(threadId.equals(lockID))
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}*/
}总结
基于Redis的分布式锁实现思路
· 利用set nxex获取锁，并设置过期时间，保存线程标识
· 释放锁时先判断线程标识是否与锁标识一致，若一致则删除锁
特性
· 利用set nx满足互斥性
· 利用set ex保证故障时锁依然能释放，避免死锁，提高安全性
· 利用redis集群保证高可用和高并发特性（本文未涉及）