分布式锁实战:Redis与Redisson的深度解析
一、分布式锁的必要性
在分布式系统中,当多个节点需要对共享资源进行读写操作时,传统的本地锁(如Java的synchronized或ReentrantLock)无法跨节点生效。此时,必须引入分布式锁来保证操作的原子性和一致性。分布式锁需满足以下核心特性:
- 互斥性:任意时刻仅一个客户端持有锁
- 防死锁:即使持有锁的客户端崩溃,锁仍可被释放
- 可重入性:同一客户端可多次获取同一把锁
- 一致性:解锁操作必须由锁的持有者执行
二、Redis分布式锁实现
Redis实现分布式锁主要利用Redis的setnx命令。
SETNX key value 是 Redis 的原子性命令,用于设置键值对,仅当键不存在时生效,否则不执行任何操作。
1. 基础实现(SETNX+EXPIRE)
// 加锁(非原子操作)
if (redisTemplate.execute((RedisCallback<Long>) connection -> connection.setNX(lockKey.getBytes(), UUID.randomUUID().toString().getBytes())) == 1) {redisTemplate.expire(lockKey, expireTime, TimeUnit.SECONDS);return true;
}
return false;
- 问题:SETNX与EXPIRE的非原子性导致可能存在锁未设置过期时间的风险
2. 原子化实现(SET命令增强)
// 原子化加锁
Boolean success = redisTemplate.execute((RedisCallback<Boolean>) connection -> connection.set(lockKey.getBytes(), UUID.randomUUID().toString().getBytes(), Expiration.seconds(expireTime), RedisStringCommands.SetOption.SET_IF_ABSENT));
return success != null && success;
- 优势:通过SET命令的NX选项实现原子性加锁与过期时间设置
3. 解锁实现
// 解锁(需验证锁归属)
if (UUID.fromString(redisTemplate.opsForValue().get(lockKey)).equals(currentUuid)) {redisTemplate.delete(lockKey);
}
三、Redis锁的缺陷与优化
1. 锁过期问题
- 现象:业务执行时间超过锁过期时间,导致锁提前释放
- 解决方案:
- 动态调整过期时间
- 使用Redisson的看门狗机制
2. 锁误删风险
- 现象:客户端A的锁过期后,客户端B获取锁并被客户端A误删
- 解决方案:
// 使用Lua脚本保证原子性 String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end"; redisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class), Arrays.asList(lockKey), currentUuid);
四、Redisson分布式锁进阶
1. 加锁过程
当一个线程尝试获取分布式锁时,Redisson 会执行以下操作:
- 原子操作:使用 Redis 的
SETNX
(SET if Not eXists)命令来尝试设置一个键值对,键表示锁的名称,值表示持有锁的线程标识(通常是一个 UUID)。如果设置成功,说明该线程成功获取到锁;如果设置失败,说明锁已经被其他线程持有。 - 设置过期时间:为了避免锁被永久持有(例如持有锁的线程崩溃),Redisson 会为锁设置一个过期时间。可以使用
SET
命令的NX
和EX
选项来原子性地完成设置键值对和过期时间的操作。 - 锁重入:Redisson 支持锁重入,即同一个线程可以多次获取同一把锁而不会死锁。为了实现锁重入,Redisson 在 Redis 中存储的键值对的值是一个计数器,每次线程获取锁时计数器加 1,释放锁时计数器减 1,当计数器为 0 时才真正释放锁。
2. 锁续期机制
为了防止在业务逻辑执行期间锁过期,Redisson 引入了锁续期机制,也称为“看门狗”机制:
- 定时任务:当线程成功获取锁后,Redisson 会启动一个定时任务,该任务会在锁过期时间的三分之一处执行,尝试对锁进行续期。
- Lua 脚本:续期操作使用 Lua 脚本来保证原子性,脚本会检查锁的持有者是否还是当前线程,如果是则更新锁的过期时间。
3. 释放锁过程
当线程完成业务逻辑后,需要释放锁,Redisson 会执行以下操作:
- 计数器减 1:如果是锁重入的情况,先将计数器减 1。
- 释放锁:当计数器为 0 时,使用 Lua 脚本来删除 Redis 中的键值对,从而释放锁。Lua 脚本可以保证删除操作的原子性,避免在删除过程中出现并发问题。
示例代码
以下是一个简单的 Java 代码示例,展示了如何使用 Redisson 获取和释放分布式锁:
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 RedissonLockExample {public static void main(String[] args) {// 创建 Redisson 客户端Config config = new Config();config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");RedissonClient redisson = Redisson.create(config);// 获取锁RLock lock = redisson.getLock("myLock");try {// 尝试获取锁,等待 10 秒,锁的过期时间为 30 秒boolean isLocked = lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS);if (isLocked) {// 模拟业务逻辑System.out.println("获取到锁,开始执行业务逻辑");Thread.sleep(5000);System.out.println("业务逻辑执行完毕");}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {// 释放锁if (lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();System.out.println("锁已释放");}}// 关闭 Redisson 客户端redisson.shutdown();}
}
4. 锁模式对比
锁类型 | 特性 | 适用场景 |
---|---|---|
公平锁 | 按等待顺序分配锁 | 高并发有序场景 |
联锁 | 多个独立Redis节点的组合锁 | 金融级安全场景 |
红锁 | 多数节点达成共识的锁机制 | 分布式系统强一致性要求 |
五、最佳实践建议
- 锁粒度控制:避免粗粒度锁,优先使用细粒度锁
- 过期时间设置:根据业务耗时合理设置,建议30-60秒
- 异常处理:所有加锁操作必须包含finally块释放锁
- 监控报警:对锁竞争、锁超时等异常情况进行监控
- 降级策略:锁获取失败时要有回退机制,避免系统雪崩
六、总结
Redis原生锁与Redisson框架为分布式锁提供了不同层级的解决方案:
- Redis原生方案适用于轻量级场景,需关注原子性与锁过期问题
- Redisson框架通过自动续期、多种锁模式等特性,提供了企业级的分布式锁解决方案
在实际应用中,应根据系统规模、一致性要求和业务特性选择合适的实现方式,同时结合监控和报警机制保障系统的稳定性。
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