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分布式锁: Redisson 实现分布式锁的原理与技术细节

news 来源：原创 2025/6/19 11:55:12

在分布式系统中，分布式锁是协调多个节点对共享资源访问的核心机制之一。Redis 作为高性能内存数据库，常被用于实现分布式锁，而 Redisson 是 Java 生态中最成熟、功能最丰富的 Redis 客户端之一，其内置的分布式锁实现被广泛应用于生产环境。本文将深入剖析 Redisson 分布式锁的核心原理、关键机制及最佳实践。

一、Redisson 分布式锁的核心设计

1. 基于 Redis 的分布式锁基础

Redisson 的分布式锁基于 Redis 的 SETNX（或 SET key value NX PX）命令实现，但通过封装解决了原生 Redis 锁的多个痛点：

锁的自动续期（避免业务未完成时锁过期）。
可重入性（同一线程多次获取锁无需阻塞）。
高可用性（支持 Redis 集群、哨兵模式）。
公平锁与非公平锁的选择。

2. 锁的存储结构

Redisson 在 Redis 中存储锁时，使用 Hash 结构而非简单的 KV，结构如下：

Key: "myLock"  
Type: Hash  
Fields:- <客户端ID>:<线程ID>: 重入次数 (e.g., "8743c9c0-0795-4897-87fd-6c719a6b4586:1": 2)

这种设计支持可重入锁，且能明确锁的持有者信息，避免误删其他客户端的锁。

二、关键实现机制

1. 加锁流程

当调用 lock.lock() 时，Redisson 执行以下步骤：

尝试加锁：
使用 Lua 脚本原子性地执行以下操作：

-- KEYS[1]: 锁的Key (e.g., "myLock")
-- ARGV[1]: 锁的过期时间 (毫秒)
-- ARGV[2]: 客户端唯一标识 (UUID + 线程ID)
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) thenredis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);return nil;
end;
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) thenredis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);return nil;
end;
return redis.call('pttl', KEYS[1]);

若锁不存在或由当前线程持有，则成功获取锁，并增加重入次数。
若锁被其他客户端持有，返回锁剩余的存活时间（TTL）。

锁等待与订阅机制：
若加锁失败，客户端会订阅 Redis 的 Channel（如 redisson_lock__channel:{myLock}），等待锁释放的通知。通过 Semaphore 机制避免无效的轮询，减少 Redis 压力。
看门狗（Watchdog）自动续期：
若未指定 leaseTime（锁的持有时间），Redisson 会启动一个后台线程（看门狗），默认每 10 秒检查锁的状态。若业务仍在执行，则重置锁的过期时间为 30 秒（默认值），避免锁因业务执行时间过长而提前释放。

2. 释放锁流程

调用 lock.unlock() 时：

减少重入次数：
使用 Lua 脚本原子性地减少重入次数，若重入次数归零，则删除锁 Key。

-- KEYS[1]: 锁的Key
-- ARGV[1]: 锁的过期时间
-- ARGV[2]: 客户端唯一标识
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 0) thenreturn nil;
end;
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], -1);
if (counter > 0) thenredis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);return 0;
elseredis.call('del', KEYS[1]);redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]);return 1;
end;

发布解锁通知：
删除锁后，向订阅该锁的 Channel 发送消息，唤醒其他等待的客户端。

三、高可用与容错

1. Redis 集群支持

Redisson 通过 RedissonCluster 客户端支持 Redis Cluster 模式。
锁的 Key 会被 Hash 到特定 Slot，集群节点故障时自动迁移锁（需开启 cluster-enabled）。

2. 哨兵与主从模式

当主节点宕机时，Redisson 自动切换到新的主节点，并通过看门狗续期保证锁的持有状态不丢失。

3. 容错处理

网络分区：若客户端与 Redis 断开连接，看门狗停止续期，锁最终因过期释放。
客户端崩溃：依赖 Redis 的过期机制，锁自动释放。

五、最佳实践与注意事项

1. 正确使用锁

RLock lock = redisson.getLock("myLock");
try {// 尝试加锁，最多等待100秒，锁持有时间30秒后自动释放boolean res = lock.tryLock(100, 30, TimeUnit.SECONDS);if (res) {// 业务逻辑}
} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();
} finally {if (lock.isLocked() && lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();}
}

2. 注意事项

避免长时间阻塞：合理设置 tryLock 的等待时间，避免线程饥饿。
锁粒度控制：锁的 Key 应细化到具体资源（如用户ID、订单ID），避免全局锁。
禁止强制终止线程：可能导致锁未释放，建议用 lock.tryLock() 替代 lock.lock()。

3. 性能调优

调整看门狗间隔：通过 Config.setLockWatchdogTimeout() 修改默认的 30 秒续期间隔。
避免过度依赖锁：优先考虑无锁设计（如本地缓存、CAS 操作）。

六、总结

Redisson 的分布式锁通过 Lua 脚本原子性操作、看门狗自动续期、可重入设计，解决了原生 Redis 锁的多个缺陷，成为 Java 生态中的首选方案。其在高可用场景下的稳定性（如集群、哨兵支持）和丰富的锁类型（公平锁、联锁等），使其适用于电商库存扣减、分布式任务调度等高并发场景。

然而，分布式锁并非银弹，在极端情况下（如 Redis 集群脑裂、时钟跳跃）仍需结合业务设计兜底策略（如幂等性、状态补偿）。对于更高一致性要求的场景，可考虑 ZooKeeper 或 etcd，但需接受性能损耗的权衡。