分布式鎖（Distributed Lock）是一種用于分布式系統(tǒng)中的同步機(jī)制，主要是為了防止分布式系統(tǒng)中，多個(gè)服務(wù)實(shí)例同時(shí)操作一個(gè)共享資源所帶來(lái)的并發(fā)安全問(wèn)題。

分布式鎖確保在同一時(shí)間只有一個(gè)實(shí)例操作共享資源，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。

1.分布式鎖實(shí)現(xiàn)方案

分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方案有多種，例如以下這幾種：

• 基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)分布式鎖：可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的樂(lè)觀(guān)鎖或悲觀(guān)鎖實(shí)現(xiàn)分布式鎖，但是由于數(shù)據(jù)庫(kù)的 IO 操作比較慢，不適合高并發(fā)場(chǎng)景。
• 基于 Zookeeper 實(shí)現(xiàn)分布式鎖：Zookeeper 是一個(gè)高可用性的分布式協(xié)調(diào)服務(wù)，可以通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖。但是使用 Zookeeper 需要部署額外的服務(wù)，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。
• 基于 Redis 實(shí)現(xiàn)分布式鎖：Redis 是一個(gè)高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，支持分布式部署，可以通過(guò) Redis 的原子操作實(shí)現(xiàn)分布式鎖，而且具有高性能和高可用性。

綜合以上方案來(lái)看，基于數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的分布式鎖不適用于高并發(fā)場(chǎng)景，而基于 Zookeeper 實(shí)現(xiàn)的分布式鎖又需要額外部署 Zookeeper 服務(wù)，增加了運(yùn)營(yíng)成本，所以使用 Redis 實(shí)現(xiàn)分布式鎖是目前主流的實(shí)現(xiàn)方案。

2.為什么Redis可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖？

因?yàn)?nbsp;Redis 作為一個(gè)獨(dú)立的第三方系統(tǒng)（數(shù)據(jù)中間件），其本身就支持分布式應(yīng)用。也就是針對(duì)于 Redis 的所有操作，所有的分布式系統(tǒng)都是全局可見(jiàn)的，如下圖所示：

圖片

3.Redis如何實(shí)現(xiàn)分布式鎖？

使用 Redis 實(shí)現(xiàn)分布式鎖的方案有以下 4 種：

• setnx（set if Not eXists）：嘗試設(shè)置鍵 key 的值為 value，但如果 key 已經(jīng)存在，則不會(huì)執(zhí)行任何操作并返回 0，如果 key 不存在則加鎖成功。

缺陷：存在死鎖問(wèn)題、鎖誤刪問(wèn)題、不可重入問(wèn)題、鎖無(wú)法自動(dòng)續(xù)期問(wèn)題。

• set nx ex/px：setnx 升級(jí)版本，Redis 2.6 版本后才能支持此語(yǔ)法。嘗試加鎖和設(shè)置鎖超時(shí)時(shí)間，使用案例 set key value nx px 3000。

缺陷：存在鎖誤刪問(wèn)題、不可重入問(wèn)題、鎖無(wú)法自動(dòng)續(xù)期問(wèn)題。

• Lua 腳本：解決鎖重入的問(wèn)題

缺陷：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、且存在鎖無(wú)法自動(dòng)續(xù)期問(wèn)題。

• Redisson 框架：基于 Redis 實(shí)現(xiàn)分布式鎖的開(kāi)源框架。其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、不存在鎖重入和鎖續(xù)期等問(wèn)題。

問(wèn)題解釋

• 死鎖問(wèn)題：SETNX 如未設(shè)置過(guò)期時(shí)間，鎖忘記刪了或加鎖線(xiàn)程宕機(jī)都會(huì)導(dǎo)致死鎖，也就是分布式鎖一直被占用的情況。
• 鎖誤刪問(wèn)題：SETNX 設(shè)置了超時(shí)時(shí)間，但因?yàn)閳?zhí)行時(shí)間太長(zhǎng)，所以在超時(shí)時(shí)間之內(nèi)鎖已經(jīng)被自動(dòng)釋放了，但線(xiàn)程不知道，因此在線(xiàn)程執(zhí)行結(jié)束之后，會(huì)把其他線(xiàn)程的鎖誤刪的問(wèn)題。
• 不可重入問(wèn)題：也就是說(shuō)同一線(xiàn)程在已經(jīng)獲取了某個(gè)鎖的情況下，如果再次請(qǐng)求獲取該鎖，則請(qǐng)求會(huì)失?。ㄒ?yàn)橹挥性诘谝淮文芗渔i成功）。也就是說(shuō)，一個(gè)線(xiàn)程不能對(duì)自己已持有的鎖進(jìn)行重復(fù)鎖定。
• 無(wú)法自動(dòng)續(xù)期：線(xiàn)程在持有鎖期間，任務(wù)未能執(zhí)行完成，鎖可能會(huì)因?yàn)槌瑫r(shí)而自動(dòng)釋放。SETNX 無(wú)法自動(dòng)根據(jù)任務(wù)的執(zhí)行情況，設(shè)置新的超時(shí)實(shí)現(xiàn)，以延長(zhǎng)鎖的時(shí)間。

綜合以上實(shí)現(xiàn)方案來(lái)看，生產(chǎn)級(jí)別使用 Redis 實(shí)現(xiàn)分布式鎖的方案，應(yīng)該選用 Redisson 框架。

4.Redisson介紹

Redisson 是一個(gè)開(kāi)源的用于操作 Redis 的 Java 框架。與 Jedis 和 Lettuce 等輕量級(jí)的 Redis 框架不同，它提供了更高級(jí)且功能豐富的 Redis 客戶(hù)端。它提供了許多簡(jiǎn)化 Redis 操作的高級(jí) API，并支持分布式對(duì)象、分布式鎖、分布式集合等特性。

“

Redisson 官網(wǎng)：https://redisson.org/

Redisson 特性說(shuō)明

• Redisson 可以設(shè)置分布式鎖的過(guò)期時(shí)間，從而避免鎖一直被占用而導(dǎo)致的死鎖問(wèn)題。
• Redisson 在為每個(gè)鎖關(guān)聯(lián)一個(gè)線(xiàn)程 ID 和重入次數(shù)（遞增計(jì)數(shù)器）作為分布鎖 value 的一部分存儲(chǔ)在 Redis 中，這樣就避免了鎖誤刪和不可重入的問(wèn)題。
• Redisson 還提供了自動(dòng)續(xù)期的功能，通過(guò)定時(shí)任務(wù)（看門(mén)狗）定期延長(zhǎng)鎖的有效期，確保在業(yè)務(wù)未完成前，鎖不會(huì)被其他線(xiàn)程獲取。

5.Redisson實(shí)現(xiàn)分布式鎖

1） 添加 Redisson 框架

添加 Redisson 依賴(lài)：

<!-- Redisson -->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.redisson/redisson-spring-boot-starter -->
<dependency>
  <groupId>org.redisson</groupId>
  <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>

2）配置 Redis 連接信息

將 RedissonClient 對(duì)象保存到 Spring Ioc 容器，并為其設(shè)置 Redis 服務(wù)連接信息，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
publicclass RedissonConfig {
    @Bean
    public RedissonClient redissonClient() {
        Config config = new Config();
        // 也可以將 redis 配置信息保存到配置文件
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        return Redisson.create(config);
    }
}

3）創(chuàng)建分布式鎖

Redisson 分布式鎖的操作和 Java 中的 ReentrantLock（可重入鎖）的操作很像，都是先使用 tryLock 嘗試獲?。ǚ枪剑╂i，再通過(guò) unlock 釋放鎖，具體實(shí)現(xiàn)如下：

import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@RestController
publicclass LockController {
    @Autowired
    private RedissonClient redissonClient;
    @GetMapping("/lock")
    public String lockResource() throws InterruptedException {
        String lockKey = "myLock";
        // 獲取 RLock 對(duì)象
        RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);
        try {
            // 嘗試獲取鎖（嘗試加鎖）（鎖超時(shí)時(shí)間是 30 秒）
            boolean isLocked = lock.tryLock(30, TimeUnit.SECONDS);
            if (isLocked) {
                // 成功獲取到鎖
                try {
                    // 模擬業(yè)務(wù)處理
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                    return"成功獲取鎖，并執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼";
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // 釋放鎖
                    lock.unlock();
                }
            } else {
                // 獲取鎖失敗
                return"獲取鎖失敗";
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return"獲取鎖成功";
    }
}

a.實(shí)現(xiàn)公平鎖

Redisson 默認(rèn)創(chuàng)建的分布式鎖是非公平鎖（出于性能的考慮），想要把它變成公平鎖可使用以下代碼實(shí)現(xiàn)：

RLock lock = redissonClient.getFairLock(lockKey);  // 獲取公平鎖

b.實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)鎖

Redisson 還可以創(chuàng)建讀寫(xiě)鎖，如下代碼所示：

RReadWriteLock lock = redissonClient.getReadWriteLock(lockKey); // 獲取讀寫(xiě)鎖
lock.readLock();  // 讀鎖
lock.writeLock(); // 寫(xiě)鎖

讀寫(xiě)鎖的特點(diǎn)就是并發(fā)性能高，它是允許多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)獲取讀鎖進(jìn)行讀操作的，也就是說(shuō)在沒(méi)有寫(xiě)鎖的情況下，讀取操作可以并發(fā)執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的并行度。但寫(xiě)鎖則是獨(dú)占式的，同一時(shí)間只有一個(gè)線(xiàn)程可以獲得寫(xiě)鎖，無(wú)論是讀還是寫(xiě)都無(wú)法與寫(xiě)鎖并存，這樣就確保了數(shù)據(jù)修改時(shí)的數(shù)據(jù)一致性。

c.實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖

Redisson 也支持聯(lián)鎖，也叫分布式多鎖 MultiLock，它允許客戶(hù)端一次性獲取多個(gè)獨(dú)立資源（RLock）上的鎖，這些資源可能是不同的鍵或同一鍵的不同鎖。當(dāng)所有指定的鎖都被成功獲取后，才會(huì)認(rèn)為整個(gè)操作成功鎖定。這樣能夠確保在分布式環(huán)境下進(jìn)行跨資源的并發(fā)控制。

聯(lián)鎖的實(shí)現(xiàn)示例如下：

// 獲取需要加鎖的資源
RLock lock1 = redisson.getLock("lock1");
RLock lock2 = redisson.getLock("lock2");
// 聯(lián)鎖
RedissonMultiLock multiLock = new RedissonMultiLock(lock1, lock2);
try {
    // 一次性嘗試獲取所有鎖
    if (multiLock.tryLock()) {
        // 獲取鎖成功...
    }
} finally {
    // 釋放所有鎖
    multiLock.unlock();
}

課后思考

說(shuō)說(shuō) Redisson 分布式鎖的底層實(shí)現(xiàn)原理？Redisson 如何解決分布式鎖的單點(diǎn)故障問(wèn)題？