Redisson实现分布式锁

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之前一篇介绍了使用setnx命令实现分布式锁，但是使用这种方式不是那么严谨，需要我们自行做一些额外操作（setnx + lua方式）来保证锁的健壮性。
redisson为此就做了一些封装，使得我们使用分布式锁时应用就可以简单许多。

1、Maven依赖

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.1.4.RELEASE</version>
</parent>
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.redisson</groupId>
        <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>3.11.5</version>
    </dependency>
</dependencies>

2、redisson配置

2.1、yml配置

server:
  port: 30800

spring:
  redis:
    cluster:
      nodes:
        - 148.70.153.63:9426
        - 148.70.153.63:9427
        - 148.70.153.63:9428
        - 148.70.153.63:9429
        - 148.70.153.63:9430
        - 148.70.153.63:9431
    password: password
    timeout: 2000

这里沿用之前使用RedisTemplate时的配置方式。

2.2、构建RedissonClient。

集群Cluster模式下配置

@Configuration
public class DisLockConfig {
    @Autowired
    private RedisProperties redisProperties;

    /**
     * Cluster集群模式构建 RedissonClient
     *
     * @return
     */
    @Bean
    public RedissonClient clusterRedissonClient() {
        Config config = new Config();
        ClusterServersConfig clusterServersConfig = config.useClusterServers()
                .setPassword(redisProperties.getPassword())
                .setScanInterval(5000);
//        config.setLockWatchdogTimeout(60 * 1000); // watch dog看门狗默认锁过期时间
        // 注册集群各个节点
        for (String node : redisProperties.getCluster().getNodes()) {
            clusterServersConfig.addNodeAddress("redis://".concat(node));
        }
        RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
        return redissonClient;
    }
}

在redis的不同模式下，构造config的方式是有区别的。

单机模式

@Bean
public RedissonClient singleRedissonClient() {
    Config config = new Config();
    config.useSingleServer().setAddress("redis://ip:port")
            .setPassword("password")
            .setDatabase(0);
    RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
    return redissonClient;
}

哨兵模式Sentinel

@Bean
public RedissonClient sentinelRedissonClient() {
    Config config = new Config();
    config.useSentinelServers().addSentinelAddress("redis://ip1:port1",
            "redis://ip2:port2",
            "redis://ip3:port3")
            .setMasterName("mymaster")
            .setPassword("password")
            .setDatabase(0);
    RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
    return redissonClient;
}

3、锁应用

3.1、锁自动过期

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@Slf4j
public class RedissonApplicationTests {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;

    @Test
    public void testDisLock() {
        // 5个线程并发去获取锁
        IntStream.range(0, 5).parallel().forEach(i -> tryLock());
    }

    @SneakyThrows
    private void tryLock() {
        RLock disLock = redissonClient.getLock("disLock");
        // 获取锁最多等待500ms，10s后key过期自动释放锁
        boolean tryLock = disLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        if (tryLock) {
            // 获取到锁后开始执行对资源的操作
            try {
                log.info("当前线程:[{}]获得锁", Thread.currentThread().getName());
                // 操作资源...
            } finally {
                disLock.unlock();
            }
        } else {
            log.info("当前线程:[{}]没有获得锁", Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

1. 获取RLock同时指定key。
2. 尝试获取锁，同时指定获取锁的最大阻塞时间、锁过期时间。
3. 获得锁的线程进行资源操作。
4. 最后一定要释放锁。

结果

当前线程:[ForkJoinPool.commonPool-worker-11]获得锁
当前线程:[main]获得锁
当前线程:[ForkJoinPool.commonPool-worker-2]没有获得锁
当前线程:[ForkJoinPool.commonPool-worker-13]没有获得锁
当前线程:[ForkJoinPool.commonPool-worker-9]获得锁

多次测试可以看出，至少会有1个线程可以获取到锁，其它线程能否获取到锁取决于之前的锁是否已经被释放了。

查看redis

127.0.0.1:9426> hgetall disLock
af0cc1b2-7896-4eb4-ba2b-efe5bbcb403a:53
1

第一个元素：uuid:线程id。
第二个元素：当前线程持有锁的次数，即重入的次数。

3.2、watch dog看门狗机制

如果使用锁自动过期方式，假设客户端在拿到锁之后执行的业务时间比较长，在此期间锁被释放，其它线程依旧可以获取到锁，redisson提供一种watch dog看门狗的机制来解决这个问题。

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@Slf4j
public class RedissonApplicationTests {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;

    @Test
    public void testDisLock() {
        // 5个线程并发去获取锁
        IntStream.range(0, 5).parallel().forEach(i -> lock());
    }

    @SneakyThrows
    private void lock() {
        RLock disLock = redissonClient.getLock("disLock");
        // 获取锁最多等待500ms，这里不要显示指定锁过期时间
        // 默认30秒后自动过期，每隔30/3=10秒，看门狗（守护线程）会去续期锁，重设为30秒
        boolean tryLock = disLock.tryLock(500, TimeUnit.MILLISECONDS);
        if (tryLock) {
            // 获取到锁后开始执行对资源的操作
            try {
                log.info("当前线程:[{}]获得锁", Thread.currentThread().getName());
                // 操作资源...
            } finally {
                disLock.unlock();
            }
        } else {
            log.info("当前线程:[{}]没有获得锁", Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

看门狗机制如下图所示：

默认情况下，看门狗的过期时间是30s，每隔30/3=10秒，看门狗（守护线程）会去续期锁，重设为30秒。可以通过修改Config.lockWatchdogTimeout来另行指定看门狗的过期时间。

看门狗机制真的万无一失吗？极端情况下：

1. P：Process Pause，进程暂停（GC）
   客户端获取到锁之后进入GC进而导致看门狗没有及时续期，最后锁过期。本质上还是锁过期时间设短导致的，一般只要远大于通常GC所暂停的时间就可以了，一般不太会发生。
2. C：Clock Drift，时钟漂移
   redis服务端所在的服务器时钟发生较大的向前跳跃，导致锁提前过期被释放。这个一般也不会发生，除非人为的进行暴力运维。

4、锁的重入

redisson支持锁的可重入，代码如下：

@Test
@SneakyThrows
public void testTryLockAgain() {
    RLock disLock = redissonClient.getLock("disLock");
    // 获取锁最多等待500ms，10s后key过期自动释放锁
    boolean tryLock = disLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    if (tryLock) {
        try {
            log.info("当前线程:[{}]获得锁,持有锁次数:[{}]", Thread.currentThread().getName(), disLock.getHoldCount());
            // 操作资源...

            // 测试可重入，锁过期时间会重新计时
            boolean tryLockAgain = disLock.tryLock(500, 10000, TimeUnit.MILLISECONDS);
            log.info("当前线程:[{}]是否再次拿到锁:[{}],持有锁次数:[{}]", Thread.currentThread().getName(), tryLockAgain, disLock.getHoldCount());
            // 再次操作资源...
        } finally {
            disLock.unlock();
            log.info("当前线程是否持有锁:[{}],持有锁次数:[{}]", disLock.isHeldByCurrentThread(), disLock.getHoldCount());
        }
    } else {
        log.info("当前线程:[{}]没有获得锁", Thread.currentThread().getName());
    }
}

结果

当前线程:[main]获得锁,持有锁次数:[1]
当前线程:[main]是否再次拿到锁:[true],持有锁次数:[2]
当前线程是否持有锁:[true],持有锁次数:[1]

经过测试可以看到，已经拿到锁的线程可以重复拿到锁，并且持有锁的次数会+1；
但是在释放锁的时候，发现只释放了一次，并没有完全释放锁。这会导致其他线程不能及时地获取到锁。

通过查看分析unlock()源码就可以印证测试的结果：

protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
    return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
            // 如果分布式锁存在，但是value不匹配，表示锁已经被占用，那么直接返回
            "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
                "return nil;" +
            "end; " +
            // 如果就是当前线程占有分布式锁，那么将重入次数减1
            "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
            // 重入次数减1后的值如果大于0，表示分布式锁有重入过，那么只设置失效时间，还不能删除
            "if (counter > 0) then " +
                "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
                "return 0; " +
            "else " +
                // 重入次数减1后的值如果为0，表示分布式锁只获取过1次，那么删除这个KEY，并发布解锁消息
                "redis.call('del', KEYS[1]); " +
                "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
                "return 1; "+
            "end; " +
            "return nil;",
            Arrays.<Object>asList(getName(), getChannelName()), LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
}

改进

1. 每次重入锁后都执行一次释放锁的操作。
2. 或者通过forceUnlock()函数强制释放当前线程持有的锁，只需要在最后释放一次即可。

finally {
    disLock.forceUnlock();
    log.info("当前线程是否持有锁:[{}],持有锁次数:[{}]", disLock.isHeldByCurrentThread(), disLock.getHoldCount());
}

5、总结

之前使用setnx命令实现分布式锁会有一些问题，比如不可重入、非阻塞、误解别的线程的锁、未执行完锁就失效、主从切换锁丢失；其中一些问题我们可以增加代码来解决，但是同样会增加业务代码的复杂度；

redisson则支持锁的可重入和等待获取锁，并在解锁时判断是否是当前线程持有的锁，以及有看门狗机制防止锁过期程序还未执行完的问题，对于这些功能redisson已经做好了封装，简化了业务代码。

但是依旧会有1个问题，主从切换导致的锁丢失，场景如下：

• 在Redis的master节点上拿到了锁；
• 但是这个加锁的key还没有同步到slave节点；
• master故障，发生故障转移，slave节点升级为master节点；
• 导致锁丢失。

对于这个问题就可以使用Redlock机制来解决，接下来的文章会介绍到Redlock。

参考链接

• Redisson实现Redis分布式锁的N种姿势
• Redisson 分布式锁实战与 watch dog 机制解读

代码地址

• github：https://github.com/senlinmu1008/redis-action/tree/master/redisson
• gitee：https://gitee.com/ppbin/redis-action/tree/master/redisson