关于redis:面试官问redis分布式锁如何设计才能让他满意

前言

对于分布式锁的问题我也查过很多材料，感觉很多形式实现的并不欠缺，或者看着云里雾里的，不知所以然，于是就整顿了这篇文章，心愿对您有用，有写的不对的中央，欢送留言斧正。

首先咱们来聊聊什么是分布式锁，到底解决了什么问题？间接看代码

 $stock = $this->getStockFromDb();// 查问残余库存
 if ($stock>0){$this->ReduceStockInDb(); // 在数据库中进行减库存操作
       echo "successful";
 }else{echo  "库存有余";}

很简略的一个场景，用户下单，咱们查问商品库存够不够，不够的话间接返回库存有余相似的错误信息，如果库存够的话间接在数据库中库存 -1，而后返回胜利，在业务逻辑上这段代码是没有什么问题的。

然而，这段代码是存在重大的问题的。

如果库存只剩 1，并且在并发比拟高的状况下，比方两个申请同时执行了这段代码，同时查到库存为 1，而后顺利成章的都去数据库执行 stock-1 的操作，这样库存就会变成 -1，而后就会引发超卖的景象，方才说的是两个申请同时执行，如果同时几千个申请打过去，可见造成的损失是十分大的。于是呢有些聪明人就想了个方法，方法如下。

大家都晓得 redis 有个 setnx 命令，不晓得的话也没关系，我曾经帮你查过了

咱们把下面的代码优化一下

version-1

 $lock_key="lock_key";
 $res = $redis->setNx($lock_key, 1);
 if (!$res){return "error_code";}

 $stock = $this->getStockFromDb();// 查问残余库存
 if ($stock>0){$this->ReduceStockInDb(); // 在数据库中进行减库存操作
       echo "successful";
 }else{echo  "库存有余";}

$redis->delete($lock_key);

第一次申请进来会去 setNx，当然后果是返回 true，因为 lock_key 不存在，而后上面业务逻辑失常进行，工作执行完了之后把 lock_key 删除掉，这样下一次申请进来反复上述逻辑
第二次申请进来同样会去执行 setNx，后果返回 false，因为 lock_key 曾经存在，而后间接返回错误信息 (你双 11 抢购秒杀产品的时候给你返回的零碎忙碌就是这么来的)，不执行库存减 1 的操作

有的同学可能有纳闷，咱们不是说高并发的状况下么？要是两个申请同时 setNx 的话获取的后果不都是 true 了，同样会同时去执行业务逻辑，问题不是一样没解决么？然而大家要明确 redis 是单线程的，具备原子性，不同的申请执行 setnx 是程序执行的，所以这个是不必放心的。

看似问题解决了，其实并不然。

咱们这里伪代码写的简略，查问一下库存，而后减 1 操作而已，然而实在的生产环境中的状况是非常复杂的，在一些极其状况下，程序很可能会报错，解体，如果第一次执行加锁了之后程序报错了，那这个锁永远存在，接下来的申请永远也申请不进来了，所以咱们持续优化

version-2

 try{ // 新退出 try catch 解决，这样程序万一报错会把锁删除掉
   $lock_key="lock_key";
   $expire_time = 5;// 新退出过期工夫，这样锁不会始终占有
   $res = $redis->setNx($lock_key, 1, $expire_time);
   if (!$res){return "error_code";}

   $stock = $this->getStockFromDb();// 查问残余库存
   if ($stock>0){$this->ReduceStockInDb(); // 在数据库中进行减库存操作
         echo "successful";
   }else{echo  "库存有余";}
 }finally {$redis->delete($lock_key);
}

在 setnx 的时候给加上过期工夫，这样至多不会让锁始终存在成为死锁
做 try catch 解决，万一程序抛出异样把锁删掉，也是为了解决死锁问题

这次是把死锁问题解决了，然而问题还是存在，大家能够先想一想还存在什么问题再接着往下看。

存在的问题如下

咱们的过期工夫是 5 秒钟，万一这个申请执行了 6 秒钟怎么办？超出的那一秒，跟没有加锁有什么区别？其实不仅仅如此，还有一个更重大的问题存在。比方第二个申请也是执行 6 秒，那么在第二个申请在超出的那 1 秒才进来的时候，第一个申请执行完了，当然会删除第二个申请加的锁，如果始终并发都很大的话，锁跟没有加没什么区别。
针对上述问题，最间接的方法是加长过期工夫，然而这个不是解决问题的最终方法。把工夫设置过长也会产生新的问题，比方各种起因机器解体了，须要重启，而后你把锁设置的工夫是 1 年，同时也没有 delete 掉，难道机器重启了再等一年？另外这样设置固定值的解决方案在计算机当中是不容许的，已经的“千年虫”问题就是相似的起因导致的
在加超时工夫的时候肯定要留神肯定是一次性加上，保障其原子性，不要先 setnx 之后，再设置 expire_time，这样的话万一在 setnx 之后那一个霎时零碎挂了，这个锁仍然会成为一个永恒的死锁
其实上述问题的次要起因在于，申请 1 会删掉申请 2 的锁，所以说锁须要保障唯一性。

咱们接着优化

version-3

 try{ // 新退出 try catch 解决，这样程序万一报错会把锁删除掉
   $lock_key="lock_key";
   $expire_time = 5;// 新退出过期工夫，这样锁不会始终占有
   
   $client_id = session_create_id();  // 对每个申请生成唯一性的 id
   $res = $redis->setNx($lock_key, $client_id, $expire_time);
   if (!$res){return "error_code";}

   $stock = $this->getStockFromDb();// 查问残余库存
   if ($stock>0){$this->ReduceStockInDb(); // 在数据库中进行减库存操作
         echo "successful";
   }else{echo  "库存有余";}
 }finally {if ($redis->get($lock_key) == $client_id){  // 在这里加一个判断，保障每次删除的锁是当次申请加的锁，这样防止误删了别的申请加的锁
      $redis->delete($lock_key);
   }
   
}

咱们在每个申请生成了惟一 client_id，并且把该值写入了 lock_key 中
在最初删除锁的时候会先判断这个 lock_key 是否是该申请生成的，如果不是的话则不会删除

然而下面计划还有问题，咱们看最初 redis 是先进行了 get 操作判断，而后再删除，是两步操作，并没有保障其原子性，redis 的多步操作能够用 lua 脚本来保障原子性，其实看到 lua 也不须要感觉太生疏，他就是一种语言而已，在这里的作用是把多个 redis 操作打包成一个命令去执行，保障了原子性而已

version-4

 try{ // 新退出 try catch 解决，这样程序万一报错会把锁删除掉
   $lock_key="lock_key";
   $expire_time = 5;// 新退出过期工夫，这样锁不会始终占有
   
   $client_id = session_create_id();  // 对每个申请生成唯一性的 id
   $res = $redis->setNx($lock_key, $client_id, $expire_time);
   if (!$res){return "error_code";}

   $stock = $this->getStockFromDb();// 查问残余库存
   if ($stock>0){$this->ReduceStockInDb(); // 在数据库中进行减库存操作
         echo "successful";
   }else{echo  "库存有余";}
 }finally {
    $script = '  // 此处用 lua 脚本执行是为了 get 比照之后再 delete 的两步操作的原子性
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                return redis.call("DEL", KEYS[1])
            else
                return 0
            end
        ';
        return $instance->eval($script, [$lock_key, $client_id], 1);
   
}

这样封装之后，分布式锁应该就比较完善了。当然咱们还能够进一步的优化一下用户体验

当初比方一个申请进来之后，如果申请被锁住，会立刻返回给用户申请失败，请从新尝试，咱们能够适当的缩短一点这个工夫，不要立刻返回给用户申请失败，这样体验会更好
具体形式为用户申请进来如果遇到了锁，能够适当的期待一些工夫之后重试，重试的时候如果锁开释了，则这次申请就能够胜利

version-5

$retry_times = 3; // 重试次数
$usleep_times = 5000;// 重试间隔时间

  try{ // 新退出 try catch 解决，这样程序万一报错会把锁删除掉
   
   
    $lock_key="lock_key";
    $expire_time = 5;// 新退出过期工夫，这样锁不会始终占有
    while($retry_times > 0){$client_id = session_create_id();  // 对每个申请生成唯一性的 id
      $res = $redis->setNx($lock_key, $client_id, $expire_time);
      if ($res){break;}
      echo "尝试从新获取锁";
      $retry_times--;
      usleep($usleep_times);
   }
   if (!$res){  // 重试三次之后都没有获取到锁则给用户返回错误信息
         return "error_code";
   }
   $stock = $this->getStockFromDb();// 查问残余库存
   if ($stock>0){$this->ReduceStockInDb(); // 在数据库中进行减库存操作
         echo "successful";
   }else{echo  "库存有余";}
 }finally {
    $script = '  // 此处用 lua 脚本执行是为了 get 比照之后再 delete 的两步操作的原子性
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                return redis.call("DEL", KEYS[1])
            else
                return 0
            end
        ';
        return $instance->eval($script, [$lock_key, $client_id], 1);
   
}

当然下面的分布式锁还是不够欠缺的，比方 redis 主从同步提早，就会产生问题，像 java 中 redission 实现的思维是十分好的，大家感兴趣能够看看源码，明天就聊到这里，感兴趣的敌人能够留言大家一起探讨

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