以步步为营的风格解读 Redis分布式锁
2021-06-16 09:53
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之前码甲哥写了两篇有关线程安全的文章:
分布式锁是"线程同步"的延续
最近首度应用"分布式锁",现在想想,分布式锁不是孤立的技能点,这其实就是跨主机的线程同步。
进程内 | 跨进程 | 跨主机 |
---|---|---|
Lock/Monitor、SemaphoreSlim | Metux、Semaphore | 分布式锁 |
用户态线程安全 | (命名对象是)内核态线程安全 |
单机服务器可以通过共享某堆内存来标记上锁/解锁,线程同步说到底是建立在单机操作系统的用户态/内核态对共享内存的访问控制。
而分布式服务器不是在同一台机器上:跨主机,因此需要将内存标记存储在所有机器进程都能看到的地方 。。。
在开发很多业务场景会使用到锁,例如库存控制,抽奖等。
例如库存只剩1个商品,有三个用户同时打算购买,谁先购买库存立即清零,不能让其他二人也购买成功。
解读分布式锁
我们常说的线程安全、线程同步方案,包括此次的分布式锁都是基于“多线程/多进程对特定资源有更新操作”。
基本考量:
- 分布式系统,一个锁在同一时间只能被一个服务器获取 (这是分布式锁的基础)
- 具备锁失效机制,防止死锁 (防止某些意外,锁没有得到释放,那别人也无法得到锁)
Redis
SET resource-name anystring NX EX max-lock-time是一种最简单的分布式锁实现方案。
SET 命令支持多个参数:
- EX seconds-- 设置过期时间(s)
- NX -- 如果key不存在,则设置
......
因为SET命令参数可以替代SETNX,SETEX,GETSET,这些命令在未来可能被废弃。
上面的命令返回OK(或经过重试),客户端就获取到这个锁;
使用
DEL命令解锁;
到达超时时间会自动释放锁。
在解锁时,增加一些设计,让系统更加健壮:
- 不要使用固定的String值作为锁值,而是使用一个不易被猜中的随机值, 业内称为
token
- 不使用DEL命令释放锁,而是发送script去移除key
第3、4点是为了解决 :“锁提前过期,客户端A还没有执行完,然后客户端B获取了锁,这时客户端A执行完了,会不会再删锁的时候把B的锁给删掉” -- 4是3技术上的推荐实现。
脚本如下:
if redis.call("get",KEYS1] ==ARGV[1]) then return redis.call("DEL",KEYS[1]) else return 0 end
下面使用StackExchange.Redis 写了基于以上考量的代码示例:
/// <summary> /// Acquires the lock. ad8 /// </summary> /// <param name="key"></param> /// <param name="token">随机值</param> /// <param name="expireSecond"></param> /// <param name="waitLockSeconds">非阻塞锁</param> static bool Lock(string key, string token,int expireSecond=10, double waitLockSeconds = 0) { var waitIntervalMs = 50; bool isLock; DateTime begin = DateTime.Now; do { isLock = Connection.GetDatabase().StringSet(key, token, TimeSpan.FromSeconds(expireSecond), When.NotExists); if (isLock) return true; //不等待锁则返回 if (waitLockSeconds == 0) break; //超过等待时间,则不再等待 if ((DateTime.Now - begin).TotalSeconds >= waitLockSeconds) break; Thread.Sleep(waitIntervalMs); } while (!isLock); return false; } /// <summary> /// Releases the lock. /// </summary> /// <returns><c>true</c>, if lock was released, <c>false</c> otherwise.</returns> /// <param name="key">Key.</param> /// <param name="value">value</param> static bool UnLock(string key, string value) { string lua_script = @" if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then redis.call('DEL', KEYS[1]) return true else return false end "; try { var res = Connection.GetDatabase().ScriptEvaluate(lua_script, new RedisKey[] { key }, new RedisValue[] { value }); return (bool)res; } catch (Exception ex) { Console.WriteLine($"ReleaseLock lock fail...{ex.Message}"); return false; } } private static Lazy<ConnectionMultiplexer> lazyConnection = new Lazy<ConnectionMultiplexer>(() => { ConfigurationOptions configuration = new ConfigurationOptions { AbortOnConnectFail = false, ConnectTimeout = 5000, }; configuration.EndPoints.Add("10.100.219.9", 6379); return ConnectionMultiplexer.Connect(configuration.ToString()); }); public static ConnectionMultipl ad8 exer Connection => lazyConnection.Value;
以上代码新增了第五点考量:
- 为避免无限制抢锁,增加了非阻塞锁: 轮询_s等待锁,未等到则不再抢锁
使用方式:
下面并行开启三个任务,减少库存:
static void Main(string[] args) { // 尝试并行执行3个任务 Parallel.For(0, 3, x => { string token = $"loki:{x}"; bool isLocked = Lock("loki", token, 5, 10); if (isLocked) { Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks (with lock) at {DateTime.Now}."); Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine($"{token} release lock {UnLock("loki", token)} at {DateTime.Now}. "); } else { Console.WriteLine($"Not acquire {token} lock at {DateTime.Now}."); } }); }
输出总结
回到原下单场景,我们针对这个商品Id,设置了分布式锁,高并发秒杀这个商品的时候,获取/释放这个特定的锁。
该锁不是全局的,针对这个商品的分布式锁并不会影响其他商品的购物流程。
本文从基础的线程安全,八卦文线程同步,延伸到跨主机的资源线程/进程安全, 其中演示了利用Redis
SET命令做分布式锁的设计方案,虽然是面试八股文,我们依旧需要仔细揣摩Redis Lock的细节考量。
分布式锁 一方面锁定资源,另一方面开发者要考虑多进程执行代码的推演,这在某种意义是也是对代码加锁。
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