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关于redis:Redis分布式锁

jiezi

1. SETNX

一般加锁形式, 示意SET if Not eXists, 当 key 不存在时才会去设置它的值, 否则什么也不做

// 客户端 1 申请加锁, 加锁胜利
127.0.0.1:6379> SETNX lock 1
(integer) 1     // 客户端 1，加锁胜利
// 客户端 2 申请加锁, 加锁失败
127.0.0.1:6379> SETNX lock 1
(integer) 0     // 客户端 2，加锁失败

操作实现后再去开释锁

127.0.0.1:6379> DEL lock // 开释锁
(integer) 1

存在缺点:

  • 程序处理业务逻辑异样，没及时开释锁
  • 过程挂了，没机会开释锁

如何防止死锁

设置过期工夫

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1    // 加锁
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXPIRE lock 10  // 10s 后主动过期
(integer) 1
// 这种状况不是原子操作, 任然会产生死锁问题
// 一条命令保障原子性执行
127.0.0.1:6379> SET lock 1 EX 10 NX
OK

这种状况仍会产生问题:

  • 锁过期：客户端 1 操作共享资源耗时太久，导致锁被主动开释，之后被客户端 2 持有
  • 开释他人的锁：客户端 1 操作共享资源实现后，却又开释了客户端 2 的锁

解决方案

// 锁的 VALUE 设置为 UUID
127.0.0.1:6379> SET lock $uuid EX 20 NX
OK

开释锁时, 应用 lua 脚本判断 lock 键的值是否是本人的 uuid, 如果是则开释
Redis 解决每一个申请是「单线程」执行, 在执行 lua 脚本时, 其余申请必须期待

综上所述, 基于 redis 的分布式锁, 流程应该如下:

  1. 加锁：SET lock_key $unique_id EX $expire_time NX
  2. 操作共享资源
  3. 开释锁：Lua 脚本，先 GET 判断锁是否归属本人，再 DEL 开释锁

解决锁过期问题:
应用 redisson, 加锁时先设置一个过期工夫, 而后开启一个守护线程, 定时去检测锁的生效工夫, 如果锁快过期, 操作共享资源还未完结, 则进行续期, 从新设置过期工夫. 默认过期工夫为 30s, 检测时间为 20s

2.RedLock

在单机 redis 上,setnx 加锁形式齐全够用, 但在主从集群 + 哨兵模式下, 却会产生如下问题:

  1. 客户端 1 在主库上执行 SET 命令，加锁胜利
  2. 此时，主库异样宕机，SET 命令还未同步到从库上（主从复制是异步的）
  3. 从库被哨兵晋升为新主库，这个锁在新的主库上，失落了！

解决方案

不须要部署从库和哨兵实例, 只部署主库, 主库至多安排 5 个实例

redlock 加锁流程:

  1. 客户端先获取「以后工夫戳 T1」
  2. 客户端顺次向这 5 个 Redis 实例发动加锁申请，且每个申请会设置超时工夫（毫秒级，要远小于锁的无效工夫），如果某一个实例加锁失败（包含网络超时、锁被其它人持有等各种异常情况），就立刻向下一个 Redis 实例申请加锁
  3. 如果客户端从 >=3 个（大多数）以上 Redis 实例加锁胜利，则再次获取「以后工夫戳 T2」，4. 如果 T2 – T1 < 锁的过期工夫，此时，认为客户端加锁胜利，否则认为加锁失败
  4. 加锁胜利，去操作共享资源（例如批改 MySQL 某一行，或发动一个 API 申请）
  5. 加锁失败，向「全副节点」发动开释锁申请（后面讲到的 Lua 脚本开释锁）

争议

1. 分布式锁无非是两个目标, 一是效率, 防止反复工作, 二是正确性, 避免重大数据谬误或失落问题,
如果为了效率, 能够用单机 redis, 如果为了正确性,redlock 达不到安全性要求
2. 分布式系统会遇到的三个问题:NPC,N(NETWORK DELAY, 网络提早),P(PEOCESS PAUSE) 过程暂停如 GC,C(CLOCK DRIFT)时钟漂移;

GC 导致锁抵触

  1. 客户端 1 申请锁定节点 A、B、C、D、E
  2. 客户端 1 的拿到锁后，进入 GC（工夫比拟久）
  3. 所有 Redis 节点上的锁都过期了
  4. 客户端 2 获取到了 A、B、C、D、E 上的锁
  5. 客户端 1 GC 完结，认为胜利获取锁
  6. 客户端 2 也认为获取到了锁，产生「抵触」
  7. 不只是 GC, 产生网络提早, 时钟漂移也会导致 redlock 出问题

时钟正确导致锁抵触
1. 客户端 1 获取节点 A、B、C 上的锁，但因为网络问题，无法访问 D 和 E
2. 节点 C 上的时钟「向前跳跃」，导致锁到期
3. 客户端 2 获取节点 C、D、E 上的锁，因为网络问题，无法访问 A 和 B
4. 客户端 1 和 2 当初都置信它们持有了锁（抵触）
5. 不只是时钟跳跃, 解体后立刻重启也会产生相似问题

解决方案,fecing token

1. 客户端在获取锁时，锁服务能够提供一个「递增」的 token
2. 客户端拿着这个 token 去操作共享资源
3. 共享资源能够依据 token 回绝「后来者」的申请

zookeeper 的锁平安吗

1. 客户端 1 创立长期节点 /lock 胜利，拿到了锁
2. 客户端 1 产生长时间 GC
3. 客户端 1 无奈给 Zookeeper 发送心跳，Zookeeper 把长期节点「删除」
4. 客户端 2 创立长期节点 /lock 胜利，拿到了锁
5. 客户端 1 GC 完结，它依然认为本人持有锁（抵触）

Zookeeper 的长处：
不须要思考锁的过期工夫
watch 机制，加锁失败，能够 watch 期待锁开释，实现乐观锁

但它的劣势是：
性能不如 Redis
部署和运维老本高
客户端与 Zookeeper 的长时间失联，锁被开释问题

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