关于java:Spring-Boot-Redis-实现分布式锁还有谁不会

作者：jingQ\
起源：https://www.sevenyuan.cn/

一、业务背景

有些业务申请，属于耗时操作，须要加锁，避免后续的并发操作，同时对数据库的数据进行操作，须要防止对之前的业务造成影响。

二、剖析流程

应用 Redis 作为分布式锁，将锁的状态放到 Redis 对立保护，解决集群中单机 JVM 信息不互通的问题，规定操作程序，爱护用户的数据正确。

梳理设计流程

新建注解 @interface，在注解里设定入参标记
减少 AOP 切点，扫描特定注解
建设 @Aspect 切面工作，注册 bean 和拦挡特定办法
特定办法参数 ProceedingJoinPoint，对办法 pjp.proceed() 前后进行拦挡
切点前进行加锁，工作执行后进行删除 key

外围步骤：加锁、解锁和续时

加锁

应用了 RedisTemplate 的 opsForValue.setIfAbsent 办法，判断是否有 key，设定一个随机数 UUID.random().toString，生成一个随机数作为 value。

从 redis 中获取锁之后，对 key 设定 expire 生效工夫，到期后主动开释锁。

依照这种设计，只有第一个胜利设定 Key 的申请，能力进行后续的数据操作，后续其它申请因为无奈取得资源，将会失败完结。

超时问题

放心 pjp.proceed() 切点执行的办法太耗时，导致 Redis 中的 key 因为超时提前开释了。

例如，线程 A 先获取锁，proceed 办法耗时，超过了锁超时工夫，到期开释了锁，这时另一个线程 B 胜利获取 Redis 锁，两个线程同时对同一批数据进行操作，导致数据不精确。

解决方案：减少一个「续时」

工作不实现，锁不开释：

保护了一个定时线程池 ScheduledExecutorService，每隔 2s 去扫描退出队列中的 Task，判断是否生效工夫是否快到了，公式为：【生效工夫】<= 【以后工夫】+【生效距离（三分之一超时）】

/** * 线程池，每个 JVM 应用一个线程去保护 keyAliveTime，定时执行 runnable */private static final ScheduledExecutorService SCHEDULER =new ScheduledThreadPoolExecutor(1,new BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());static {    SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(() -> {        // do something to extend time    }, 0,  2, TimeUnit.SECONDS);}

三、设计方案

通过下面的剖析，共事小设计出了这个计划：

后面曾经说了整体流程，这里强调一下几个外围步骤：

拦挡注解 @RedisLock，获取必要的参数
加锁操作
续时操作
完结业务，开释锁

四、实操

之前也有整顿过 AOP 应用办法，能够参考一下

相干属性类配置

业务属性枚举设定

public enum RedisLockTypeEnum {    /**     * 自定义 key 前缀     */    ONE("Business1", "Test1"),    TWO("Business2", "Test2");    private String code;    private String desc;    RedisLockTypeEnum(String code, String desc) {        this.code = code;        this.desc = desc;    }    public String getCode() {        return code;    }    public String getDesc() {        return desc;    }    public String getUniqueKey(String key) {        return String.format("%s:%s", this.getCode(), key);    }}

工作队列保留参数

public class RedisLockDefinitionHolder {    /**     * 业务惟一 key     */    private String businessKey;    /**     * 加锁工夫 (秒 s)     */    private Long lockTime;    /**     * 上次更新工夫（ms）     */    private Long lastModifyTime;    /**     * 保留以后线程     */    private Thread currentTread;    /**     * 总共尝试次数     */    private int tryCount;    /**     * 以后尝试次数     */    private int currentCount;    /**     * 更新的工夫周期（毫秒）,公式 = 加锁工夫（转成毫秒） / 3     */    private Long modifyPeriod;    public RedisLockDefinitionHolder(String businessKey, Long lockTime, Long lastModifyTime, Thread currentTread, int tryCount) {        this.businessKey = businessKey;        this.lockTime = lockTime;        this.lastModifyTime = lastModifyTime;        this.currentTread = currentTread;        this.tryCount = tryCount;        this.modifyPeriod = lockTime * 1000 / 3;    }}

设定被拦挡的注解名字

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})public @interface RedisLockAnnotation {    /**     * 特定参数辨认，默认取第 0 个下标     */    int lockFiled() default 0;    /**     * 超时重试次数     */    int tryCount() default 3;    /**     * 自定义加锁类型     */    RedisLockTypeEnum typeEnum();    /**     * 开释工夫，秒 s 单位     */    long lockTime() default 30;}

外围切面拦挡的操作

RedisLockAspect.java 该类分成三局部来形容具体作用

Pointcut 设定

/** * @annotation 中的门路示意拦挡特定注解 */@Pointcut("@annotation(cn.sevenyuan.demo.aop.lock.RedisLockAnnotation)")public void redisLockPC() {}

Around 前后进行加锁和开释锁

后面步骤定义了咱们想要拦挡的切点，下一步就是在切点前后做一些自定义操作：

@Around(value = "redisLockPC()")public Object around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {    // 解析参数    Method method = resolveMethod(pjp);    RedisLockAnnotation annotation = method.getAnnotation(RedisLockAnnotation.class);    RedisLockTypeEnum typeEnum = annotation.typeEnum();    Object[] params = pjp.getArgs();    String ukString = params[annotation.lockFiled()].toString();    // 省略很多参数校验和判空    String businessKey = typeEnum.getUniqueKey(ukString);    String uniqueValue = UUID.randomUUID().toString();    // 加锁    Object result = null;    try {        boolean isSuccess = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(businessKey, uniqueValue);        if (!isSuccess) {            throw new Exception("You can't do it，because another has get the lock =-=");        }        redisTemplate.expire(businessKey, annotation.lockTime(), TimeUnit.SECONDS);        Thread currentThread = Thread.currentThread();        // 将本次 Task 信息退出「延时」队列中        holderList.add(new RedisLockDefinitionHolder(businessKey, annotation.lockTime(), System.currentTimeMillis(),                currentThread, annotation.tryCount()));        // 执行业务操作        result = pjp.proceed();        // 线程被中断，抛出异样，中断此次申请        if (currentThread.isInterrupted()) {            throw new InterruptedException("You had been interrupted =-=");        }    } catch (InterruptedException e ) {        log.error("Interrupt exception, rollback transaction", e);        throw new Exception("Interrupt exception, please send request again");    } catch (Exception e) {        log.error("has some error, please check again", e);    } finally {        // 申请完结后，强制删掉 key，开释锁        redisTemplate.delete(businessKey);        log.info("release the lock, businessKey is [" + businessKey + "]");    }    return result;}

上述流程简略总结一下：

解析注解参数，获取注解值和办法上的参数值
redis 加锁并且设置超时工夫
将本次 Task 信息退出「延时」队列中，进行续时，形式提前开释锁
加了一个线程中断标记
完结申请，finally 中开释锁

续时操作

这里用了 ScheduledExecutorService，保护了一个线程，一直对工作队列中的工作进行判断和缩短超时工夫：

// 扫描的工作队列private static ConcurrentLinkedQueue<RedisLockDefinitionHolder> holderList = new ConcurrentLinkedQueue();/** * 线程池，保护keyAliveTime */private static final ScheduledExecutorService SCHEDULER = new ScheduledThreadPoolExecutor(1,        new BasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());{    // 两秒执行一次「续时」操作    SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(() -> {        // 这里记得加 try-catch，否者报错后定时工作将不会再执行=-=        Iterator<RedisLockDefinitionHolder> iterator = holderList.iterator();        while (iterator.hasNext()) {            RedisLockDefinitionHolder holder = iterator.next();            // 判空            if (holder == null) {                iterator.remove();                continue;            }            // 判断 key 是否还无效，有效的话进行移除            if (redisTemplate.opsForValue().get(holder.getBusinessKey()) == null) {                iterator.remove();                continue;            }            // 超时重试次数，超过时给线程设定中断            if (holder.getCurrentCount() > holder.getTryCount()) {                holder.getCurrentTread().interrupt();                iterator.remove();                continue;            }            // 判断是否进入最初三分之一工夫            long curTime = System.currentTimeMillis();            boolean shouldExtend = (holder.getLastModifyTime() + holder.getModifyPeriod()) <= curTime;            if (shouldExtend) {                holder.setLastModifyTime(curTime);                redisTemplate.expire(holder.getBusinessKey(), holder.getLockTime(), TimeUnit.SECONDS);                log.info("businessKey : [" + holder.getBusinessKey() + "], try count : " + holder.getCurrentCount());                holder.setCurrentCount(holder.getCurrentCount() + 1);            }        }    }, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);}

这段代码，用来实现设计图中虚线框的思维，防止一个申请非常耗时，导致提前开释了锁。

这里加了「线程中断」Thread#interrupt，心愿超过重试次数后，能让线程中断（未经谨严测试，仅供参考哈哈哈哈）

不过倡议如果遇到这么耗时的申请，还是可能从本源上查找，剖析耗时门路，进行业务优化或其它解决，防止这些耗时操作。

所以记得多打点 Log，剖析问题时能够更快一点。如何应用SpringBoot AOP 记录操作日志、异样日志？

Spring Boot 根底就不介绍了，举荐下这个实战教程：

https://github.com/javastacks...

五、开始测试

在一个入口办法中，应用该注解，而后在业务中模仿耗时申请，应用了 Thread#sleep

@GetMapping("/testRedisLock")@RedisLockAnnotation(typeEnum = RedisLockTypeEnum.ONE, lockTime = 3)public Book testRedisLock(@RequestParam("userId") Long userId) {    try {        log.info("睡眠执行前");        Thread.sleep(10000);        log.info("睡眠执行后");    } catch (Exception e) {        // log error        log.info("has some error", e);    }    return null;}

应用时，在办法上增加该注解，而后设定相应参数即可，依据 typeEnum 能够辨别多种业务，限度该业务被同时操作。

测试后果：

2020-04-04 14:55:50.864  INFO 9326 --- [nio-8081-exec-1] c.s.demo.controller.BookController       : 睡眠执行前2020-04-04 14:55:52.855  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 02020-04-04 14:55:54.851  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 12020-04-04 14:55:56.851  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 22020-04-04 14:55:58.852  INFO 9326 --- [k-schedule-pool] c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect        : businessKey : [Business1:1024], try count : 32020-04-04 14:56:00.857  INFO 9326 --- [nio-8081-exec-1] c.s.demo.controller.BookController       : has some errorjava.lang.InterruptedException: sleep interrupted at java.lang.Thread.sleep(Native Method) [na:1.8.0_221]

我这里测试的是重试次数过多，失败的场景，如果缩小睡眠工夫，就能让业务失常执行。

如果同时申请，你将会发现以下错误信息：

示意咱们的锁确实失效了，防止了反复申请。

六、总结

对于耗时业务和外围数据，不能让反复的申请同时操作数据，防止数据的不正确，所以要应用分布式锁来对它们进行爱护。

再来梳理一下设计流程：

新建注解 @interface，在注解里设定入参标记
减少 AOP 切点，扫描特定注解
建设 @Aspect 切面工作，注册 bean 和拦挡特定办法
特定办法参数 ProceedingJoinPoint，对办法 pjp.proceed() 前后进行拦挡
切点前进行加锁，工作执行后进行删除 key

本次学习是通过 Review 小伙伴的代码设计，从中理解分布式锁的具体实现，仿照他的设计，从新写了一份简化版的业务解决。对于之前没思考到的「续时」操作，这里应用了守护线程来定时判断和缩短超时工夫，防止了锁提前开释。

于是乎，同时回顾了三个知识点：

1、AOP 的实现和罕用办法

2、定时线程池 ScheduledExecutorService 的应用和参数含意

3、线程 Thread#interrupt 的含意以及用法（这个挺有意思的，能够深刻再学习一下）

参考资料：

https://blog.csdn.net/XWForev...
https://www.zhihu.com/questio...

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