分佈式鎖注意點及其實現

來源：SegmentFault 思否社區

作者：skyarthur

分佈式鎖注意點

1）互斥性

在任意時刻只有一個客戶端可以獲取鎖

2）防死鎖

假如一個客戶端在持有鎖的時候崩潰了，沒有釋放鎖，那麼別的客戶端無法獲得鎖，則會造成死鎖，所以要保證客戶端一定會釋放鎖。Redis 中我們可以設置鎖的過期時間來保證不會發生死鎖。

3）持鎖人解鎖

解鈴還須繫鈴人，加鎖和解鎖必須是同一個客戶端，客戶端 A 的線程加的鎖必須是客戶端 A 的線程來解鎖，客戶端不能解開別的客戶端的鎖。

4）可重入

當一個客戶端獲取對象鎖之後，這個客戶端可以再次獲取這個對象上的鎖。

redis 分佈式鎖

實現

Redis 鎖主要利用 Redis 的 setnx 命令。

則加鎖解鎖僞代碼如下：

if (setnx(key, 1) == 1){
    expire(key, 30)
    try {
        //TODO 業務邏輯
    } finally {
        del(key)
    }
}

注意點

SETNX 和 EXPIRE 非原子性

如果 SETNX 成功，在設置鎖超時時間後，服務器掛掉、重啓或網絡問題等，導致 EXPIRE 命令沒有執行，鎖沒有設置超時時間變成死鎖。

解決辦法

  1. setnx 的時候，value 設置和過期時間設置不是原子，可以用 set 命令，redis 版本 2.6.12 以後

  2. lua 腳本，示例如下

if (redis.call('setnx', KEYS[1], ARGV[1]) < 1)
then return 0;
end;
redis.call('expire', KEYS[1], tonumber(ARGV[2]));
return 1;

// 使用實例
EVAL "if (redis.call('setnx',KEYS[1],ARGV[1]) < 1) then return 0; end; redis.call('expire',KEYS[1],tonumber(ARGV[2])); return 1;" 1 key value 100

錯誤解除

如果線程 A 成功獲取到了鎖，並且設置了過期時間 30 秒，但線程 A 執行時間超過了 30 秒，鎖過期自動釋放，此時線程 B 獲取到了鎖；隨後 A 執行完成，線程 A 使用 DEL 命令來釋放鎖，但此時線程 B 加的鎖還沒有執行完成，線程 A 實際釋放的線程 B 加的鎖。

解決辦法

  1. 釋放鎖的時候，只能釋放自己的，不能釋放別人，所以需要 getValue 然後和自己的 id 比較，一致了才能 delete，這裏也需要是原子操作（其實覺得可以通過重試機制來避免）

超時解鎖導致併發

如果線程 A 成功獲取鎖並設置過期時間 30 秒，但線程 A 執行時間超過了 30 秒，鎖過期自動釋放，此時線程 B 獲取到了鎖，線程 A 和線程 B 併發執行。

A、B 兩個線程發生併發顯然是不被允許的，一般有兩種方式解決該問題：

  1. 將過期時間設置足夠長，確保代碼邏輯在鎖釋放之前能夠執行完成。

  2. 爲獲取鎖的線程增加守護線程，爲將要過期但未釋放的鎖增加有效時間。

不可重入

當線程在持有鎖的情況下再次請求加鎖，如果一個鎖支持一個線程多次加鎖，那麼這個鎖就是可重入的。如果一個不可重入鎖被再次加鎖，由於該鎖已經被持有，再次加鎖會失敗。Redis 可通過對鎖進行重入計數，加鎖時加 1，解鎖時減 1，當計數歸 0 時釋放鎖。

主備切換

爲了保證 Redis 的可用性，一般採用主從方式部署。主從數據同步有異步和同步兩種方式，Redis 將指令記錄在本地內存 buffer 中，然後異步將 buffer 中的指令同步到從節點，從節點一邊執行同步的指令流來達到和主節點一致的狀態，一邊向主節點反饋同步情況。

在包含主從模式的集羣部署方式中，當主節點掛掉時，從節點會取而代之，但客戶端無明顯感知。當客戶端 A 成功加鎖，指令還未同步，此時主節點掛掉，從節點提升爲主節點，新的主節點沒有鎖的數據，當客戶端 B 加鎖時就會成功。

集羣腦裂

集羣腦裂指因爲網絡問題，導致 Redis master 節點跟 slave 節點和 sentinel 集羣處於不同的網絡分區，因爲 sentinel 集羣無法感知到 master 的存在，所以將 slave 節點提升爲 master 節點，此時存在兩個不同的 master 節點。Redis Cluster 集羣部署方式同理。

當不同的客戶端連接不同的 master 節點時，兩個客戶端可以同時擁有同一把鎖。如下：

結論

Redis 以其高性能著稱，但使用其實現分佈式鎖來解決併發仍存在一些困難。Redis 分佈式鎖只能作爲一種緩解併發的手段，如果要完全解決併發問題，仍需要數據庫的防併發手段。

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