Redis分布式锁基本原理

本地缓存面临问题

当有多个服务存在时，每个服务的缓存仅能够为本服务使用，这样每个服务都要查询一次数据库，并且当数据更新时只会更新单个服务的缓存数据，就会造成数据不一致的问题

所有的服务都到同一个redis进行获取数据，就可以避免这个问题

分布式锁

当分布式项目在高并发下也需要加锁，但本地锁只能锁住当前服务，这个时候就需要分布式锁

分布式锁的演进

基本原理

我们可以同时去一个地方“占坑”，如果占到，就执行逻辑。否则就必须等待，直到释放锁。“占坑”可以去redis，可以去数据库，可以去任何大家都能访问的地方。等待可以自旋的方式

阶段一：

加锁：加锁通常使用 set 命令来实现，伪代码如下：

set key value PX milliseconds NX

几个参数的意义如下：

key、value：键值对
PX milliseconds：设置键的过期时间为 milliseconds 毫秒。
NX：只在键不存在时，才对键进行设置操作。SET key value NX 效果等同于 SETNX key value。
PX、expireTime：参数则是用于解决没有解锁导致的死锁问题。因为如果没有过期时间，万一程序员写的代码有 bug 导致没有解锁操作，则就出现了死锁，因此该参数起到了一个“兜底”的作用。
NX：参数用于保证在多个线程并发 set 下，只会有1个线程成功，起到了锁的“唯一”性。

public Map<String, List<Catalog2Vo>> getCatalogJsonDbWithRedisLock() {
        //阶段一
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "111");
        //获取到锁，执行业务
        if (lock) {
            Map<String, List<Catalog2Vo>> categoriesDb = getCategoryMap();
            //删除锁，如果在此之前报错或宕机会造成死锁
            stringRedisTemplate.delete("lock");
            return categoriesDb;
        }else {
            //没获取到锁，等待100ms重试
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return getCatalogJsonDbWithRedisLock();
        }
    }

public Map<String, List<Catalog2Vo>> getCategoryMap() {
        ValueOperations<String, String> ops = stringRedisTemplate.opsForValue();
        String catalogJson = ops.get("catalogJson");
        if (StringUtils.isEmpty(catalogJson)) {
            System.out.println("缓存不命中，准备查询数据库。。。");
            Map<String, List<Catalog2Vo>> categoriesDb= getCategoriesDb();
            String toJSONString = JSON.toJSONString(categoriesDb);
            ops.set("catalogJson", toJSONString);
            return categoriesDb;
        }
        System.out.println("缓存命中。。。。");
        Map<String, List<Catalog2Vo>> listMap = JSON.parseObject(catalogJson, new TypeReference<Map<String, List<Catalog2Vo>>>() {});
        return listMap;
    }

问题： setnx占好了位，业务代码异常或者程序在页面过程中宕机。没有执行删除锁逻辑，这就造成了死锁

解决：设置锁的自动过期，即使没有删除，会自动删除

阶段二

public Map<String, List<Catalog2Vo>> getCatalogJsonDbWithRedisLock() {
        Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "111");
        if (lock) {
            //设置过期时间
            stringRedisTemplate.expire("lock", 30, TimeUnit.SECONDS);
            Map<String, List<Catalog2Vo>> categoriesDb = getCategoryMap();
            stringRedisTemplate.delete("lock");
            return categoriesDb;
        }else {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return getCatalogJsonDbWithRedisLock();
        }
    }

问题： setnx设置好，正要去设置过期时间，宕机。又死锁了。
解决：设置过期时间和占位必须是原子的。redis支持使用setnx ex命令

阶段三

public Map<String, List<Catalog2Vo>> getCatalogJsonDbWithRedisLock() {
    //加锁的同时设置过期时间，二者是原子性操作
    Boolean lock = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "1111",5, TimeUnit.SECONDS);
    if (lock) {
        Map<String, List<Catalog2Vo>> categoriesDb = getCategoryMap();
        //模拟超长的业务执行时间
        try {
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        stringRedisTemplate.delete("lock");
        return categoriesDb;
    }else {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return getCatalogJsonDbWithRedisLock();
    }
}

问题：如果由于业务时间很长，锁自己过期了，我们直接删除，有可能把别人正在持有的锁删除了。
解决：占锁的时候，值指定为uuid，每个人匹配是自己的锁才删除。

阶段四

 public Map<String, List<Catalog2Vo>> getCatalogJsonDbWithRedisLock() {
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        ValueOperations<String, String> ops = stringRedisTemplate.opsForValue();
     	//为当前锁设置唯一的uuid，只有当uuid相同时才会进行删除锁的操作
        Boolean lock = ops.setIfAbsent("lock", uuid,5, TimeUnit.SECONDS);
        if (lock) {
            Map<String, List<Catalog2Vo>> categoriesDb = getCategoryMap();
            String lockValue = ops.get("lock");
            if (lockValue.equals(uuid)) {
                try {
                    Thread.sleep(6000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                stringRedisTemplate.delete("lock");
            }
            return categoriesDb;
        }else {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return getCatalogJsonDbWithRedisLock();
        }
    }

问题：如果正好判断是当前值，正要删除锁的时候，锁已经过期，别人已经设置到了新的值。那么我们删除的是别人的锁
解决：删除锁必须保证原子性。使用redis+Lua脚本完成

阶段五-最终形态

使用lua脚本删除锁保证原子性
lua脚本脚本代码如下：

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1]
then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

两个参数的意义如下：

KEYS[1]：我们要解锁的 key
ARGV[1]：我们加锁时的 value，用于判断当“锁”是否还是我们持有，如果被其他线程持有了，value 就会发生变化。

public Map<String, List<Catalog2Vo>> getCatalogJsonDbWithRedisLock() {
        String uuid = UUID.randomUUID().toString();
        ValueOperations<String, String> ops = stringRedisTemplate.opsForValue();
        Boolean lock = ops.setIfAbsent("lock", uuid,5, TimeUnit.SECONDS);
        if (lock) {
            Map<String, List<Catalog2Vo>> categoriesDb = getCategoryMap();
            String lockValue = ops.get("lock");
            String script = "if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] then\n" +
                    "    return redis.call(\"del\",KEYS[1])\n" +
                    "else\n" +
                    "    return 0\n" +
                    "end";
            stringRedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<Long>(script, Long.class), Arrays.asList("lock"), lockValue);
            return categoriesDb;
        }else {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return getCatalogJsonDbWithRedisLock();
        }
    }

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