分布式锁的实现，基于Redis实现分布式锁

前言

对于一些业务来说，比如商品或者优惠卷的抢杀，我们常常需要进行一些加锁的操作比如synchronized等来避免商品的超卖问题，但是对于大型的购物平台，都是使用了分布式的系统，将服务部署在多台服务器中，让请求通过轮询算法发送到多个服务器中，用来减少服务器的压力，但是使用了分布式系统也就会导致单机锁的失效，比如synchronized来讲，它是基于JVM的监视器锁，线程想要进入被其修饰的代码块就要获取JVM的监视器锁，但是对于多个服务器，它们有着不同的JVM，监视器锁也就不同，也就导致了多个服务器的线程可以同时进入被其修饰的代码块中，此时我们就需要来实现一个分布式锁，可以同时阻塞多个服务器的线程。

基于mysql实现分布式锁

我们可以使用mysql的数据库表来实现，添加几个字段，例如id、lock_name、thread_id分表表示锁的id、锁的名称、加锁的服务器的线程id，给lock_name加唯一约束，线程需要获取锁就需要尝试在数据库插入锁，如果数据库中存在相同的锁，就不能插入也就导致获取锁失败，成功插入锁就获取到了锁，这是基于mysql的锁机制（插入数据时会添加排他性的行级锁）来保证并发安全。
特点：
可用性：高可用
性能：一般
安全性：当mysql连接断开时，会发生线程安全问题

基于Reids实现分布式锁

我们还可以基于Redis实现分布式锁，Redis的缓存可以被多个服务器所共享，我们可以基于Redis的set nx实现分布式锁，当要存储的值不存在时才能插入成功，否则插入失败，还可以使用参数ex设置线程持有锁的超时时间，防止线程一直持有锁。
特点：
可用性：高可用
性能：比mysql更好
安全性：好，可以给锁设置过期时间

基于Redis的具体实现

public class RedisLock implements ILock {


    private final static String NAME = "lock:";

    private String key;

    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    public RedisLock(String key, StringRedisTemplate redisTemplate) {
        this.key = key;
        this.redisTemplate=redisTemplate
}
    @Override
    public boolean getLock(Long timeOut) {
        Boolean aBoolean = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(NAME + key, “1”, timeOut, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(aBoolean);
    }

    @Override
    public void releaseLock() {
        redisTemplate.delete(NAME_key)   
    }
}

如上，我们封装了lock+key的锁的获取和释放方法，这样看起来觉得实现非常简单，实际有很多问题存在

问题1 ：线程误删锁

有一个用户的不同服务器的不同线程，分别是线程一和线程二，线程一先获取到了锁，线程一由于业务阻塞超过了锁的过期时间，导致锁被释放，此时线程二获取到了锁，开始执行业务，线程一又继续执行业务执行完毕后删除锁，把线程二持有的锁给释放了，其他线程又获取到了锁，就发生了线程安全问题

解决方案一：在删除锁时进行校验

解决问题一很容易想到，我们可以添加锁时给其value值设置成服务器线程的唯一标识，每次删除锁时都会检验是否是当前线程持有的锁

public class RedisLock implements ILock {


    private final static String NAME = "lock:";

    private String key;

    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    public RedisLock(String key, StringRedisTemplate redisTemplate) {
        this.key = key;
        this.redisTemplate=redisTemplate
}
    @Override
    public boolean getLock(Long timeOut) {
        String uid = PREFIX_ID + Thread.currentThread().getId();
        Boolean aBoolean = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(NAME + key, uid, timeOut, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(aBoolean);
    }

    @Override
    public void releaseLock() {
        String id = PREFIX_ID + Thread.currentThread().getId();
        String uid=redisTemplate.opsForValue().get(NAME+key);
        if (id.equals(uid)){
         redisTemplate.delete(NAME+key)      
        }
}

问题2：释放锁的检验和释放不具有原子性

在解决方法一和方法二后，其实还有一个问题，显然在释放锁的操作中，校验和释放不具有原子性，这样就可能会发生这样一个问题，例如线程一和线程二是同一个用户的不同的线程请求，线程一获取到了锁，执行完业务准备释放锁，在释放锁校验成功后，发生了长时间的阻塞（比如FullGC会阻塞所有线程），导致线程的持有锁的时间超过了锁的过期时间，导致锁被释放，被线程二成功获取到了锁，开始执行，此时线程一恢复后释放了锁，此时又有其他线程可以获取到锁，就发生了线程安全的问题。

解决方案：基于lua脚本使检验和删除操作具有原子性

创建lua脚本，lua语言具有原子性

if(redis.call('get',KEYS[1]==ARGV[1])) then
    --如果相同删除
    return redis.call('del',KEYS[1])
end
return 0

public class RedisLock implements ILock {


    private final static String NAME = "lock:";

    private String key;

    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    private final static String PREFIX_ID = UUID.randomUUID().toString(true) + "_";

    private final static DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;

    static {
        UNLOCK_SCRIPT=new DefaultRedisScript<Long>();
        UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("noLock.lua"));
        UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
    }

    public RedisLock(String key, StringRedisTemplate redisTemplate) {
        this.key = key;
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

    @Override
    public boolean getLock(Long timeOut) {
        String id = PREFIX_ID + Thread.currentThread().getId();
        Boolean aBoolean = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(NAME + key, id, timeOut, TimeUnit.SECONDS);
        return BooleanUtil.isTrue(aBoolean);
    }

    @Override
    public void releaseLock() {
        String id = PREFIX_ID + Thread.currentThread().getId();
        redisTemplate.execute(UNLOCK_SCRIPT, Collections.singletonList(NAME+key),id);
    }
}

其他问题

基于Redis实现的分布式锁还具有其他问题，比如不可重入、不能多次尝试获取锁、超时释放、主从一致性问题，我们在下一篇文章来介绍这些问题产生的原因以及解决方案