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基于springboot+Redis的前后端分离项目之分布式锁（四）-【黑马点评】

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提取码：eh11

分布式锁

分布式锁

1 、基本原理和实现方式对比

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

分布式锁的核心思想就是让大家都使用同一把锁，只要大家使用的是同一把锁，那么我们就能锁住线程，不让线程进行，让程序串行执行，这就是分布式锁的核心思路。
在这里插入图片描述
那么分布式锁他应该满足一些什么样的条件呢？

可见性：多个线程都能看到相同的结果，注意：这个地方说的可见性并不是并发编程中指的内存可见性，只是说多个进程之间都能感知到变化的意思。

互斥：互斥是分布式锁的最基本的条件，使得程序串行执行。

高可用：程序不易崩溃，时时刻刻都保证较高的可用性。

高性能：由于加锁本身就让性能降低，所有对于分布式锁本身需要他就较高的加锁性能和释放锁性能。

安全性：安全也是程序中必不可少的一环。
在这里插入图片描述
常见的分布式锁有三种

Mysql：mysql本身就带有锁机制，但是由于mysql性能本身一般，所以采用分布式锁的情况下，其实使用mysql作为分布式锁比较少见。

Redis：redis作为分布式锁是非常常见的一种使用方式，现在企业级开发中基本都使用redis或者zookeeper作为分布式锁，利用setnx这个方法，如果插入key成功，则表示获得到了锁，如果有人插入成功，其他人插入失败则表示无法获得到锁，利用这套逻辑来实现分布式锁。

Zookeeper：zookeeper也是企业级开发中较好的一个实现分布式锁的方案，由于本套视频并不讲解zookeeper的原理和分布式锁的实现，所以不过多阐述。
在这里插入图片描述

2 、Redis分布式锁的实现核心思路

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：

  • 获取锁：- 互斥：确保只能有一个线程获取锁- 非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false
  • 释放锁：- 手动释放- 超时释放：获取锁时添加一个超时时间在这里插入图片描述 核心思路：

我们利用redis 的setNx 方法，当有多个线程进入时，我们就利用该方法，第一个线程进入时，redis 中就有这个key 了，返回了1，如果结果是1，则表示他抢到了锁，那么他去执行业务，然后再删除锁，退出锁逻辑，没有抢到锁的哥们，等待一定时间后重试即可。
在这里插入图片描述

3 、实现分布式锁版本一

  • 加锁逻辑

锁的基本接口

public interface ILock {
    boolean tryLock(long timeoutSec);voidunLock();}

SimpleRedisLock

利用setnx方法进行加锁，同时增加过期时间，防止死锁，此方法可以保证加锁和增加过期时间具有原子性。

privatestatic final String KEY_PREFIX="lock:"
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec){// 获取线程标示
    String threadId = Thread.currentThread().getId()// 获取锁
    Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId +"", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);return Boolean.TRUE.equals(success);}
  • 释放锁逻辑

SimpleRedisLock

释放锁，防止删除别人的锁。

publicvoidunlock(){//通过del删除锁
    stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);}
  • 修改业务代码
@Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId){// 1.查询优惠券
        SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);// 2.判断秒杀是否开始if(voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())){// 尚未开始return Result.fail("秒杀尚未开始！");}// 3.判断秒杀是否已经结束if(voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())){// 尚未开始return Result.fail("秒杀已经结束！");}// 4.判断库存是否充足if(voucher.getStock()<1){// 库存不足return Result.fail("库存不足！");}
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();//创建锁对象(新增代码)
        SimpleRedisLock lock =newSimpleRedisLock("order:"+ userId, stringRedisTemplate);//获取锁对象
        boolean isLock = lock.tryLock(1200);//加锁失败if(!isLock){return Result.fail("不允许重复下单");}try{//获取代理对象(事务)
            IVoucherOrderService proxy =(IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();return proxy.createVoucherOrder(voucherId);} finally {//释放锁
            lock.unlock();}}

4 、Redis分布式锁误删情况说明

逻辑说明：

持有锁的线程在锁的内部出现了阻塞，导致他的锁自动释放，这时其他线程，线程2来尝试获得锁，就拿到了这把锁，然后线程2在持有锁执行过程中，线程1反应过来，继续执行，而线程1执行过程中，走到了删除锁逻辑，此时就会把本应该属于线程2的锁进行删除，这就是误删别人锁的情况说明

解决方案：解决方案就是在每个线程释放锁的时候，去判断一下当前这把锁是否属于自己，如果属于自己，则不进行锁的删除，假设还是上边的情况，线程1卡顿，锁自动释放，线程2进入到锁的内部执行逻辑，此时线程1反应过来，然后删除锁，但是线程1，一看当前这把锁不是属于自己，于是不进行删除锁逻辑，当线程2走到删除锁逻辑时，如果没有卡过自动释放锁的时间点，则判断当前这把锁是属于自己的，于是删除这把锁。
在这里插入图片描述

5 、解决Redis分布式锁误删问题

需求：修改之前的分布式锁实现，满足：在获取锁时存入线程标示（可以用UUID表示）
在释放锁时先获取锁中的线程标示，判断是否与当前线程标示一致

  • 如果一致则释放锁
  • 如果不一致则不释放锁

核心逻辑：在存入锁时，放入自己线程的标识，在删除锁时，判断当前这把锁的标识是不是自己存入的，如果是，则进行删除，如果不是，则不进行删除。
在这里插入图片描述
具体代码如下：加锁

privatestatic final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString(true)+"-";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec){// 获取线程标示
   String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();// 获取锁
   Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);return Boolean.TRUE.equals(success);}

释放锁

publicvoidunlock(){// 获取线程标示
    String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId();// 获取锁中的标示
    String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);// 判断标示是否一致if(threadId.equals(id)){// 释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);}}

有关代码实操说明：

在我们修改完此处代码后，我们重启工程，然后启动两个线程，第一个线程持有锁后，手动释放锁，第二个线程 此时进入到锁内部，再放行第一个线程，此时第一个线程由于锁的value值并非是自己，所以不能释放锁，也就无法删除别人的锁，此时第二个线程能够正确释放锁，通过这个案例初步说明我们解决了锁误删的问题。

6 、分布式锁的原子性问题

更为极端的误删逻辑说明：

线程1现在持有锁之后，在执行业务逻辑过程中，他正准备删除锁，而且已经走到了条件判断的过程中，比如他已经拿到了当前这把锁确实是属于他自己的，正准备删除锁，但是此时他的锁到期了，那么此时线程2进来，但是线程1他会接着往后执行，当他卡顿结束后，他直接就会执行删除锁那行代码，相当于条件判断并没有起到作用，这就是删锁时的原子性问题，之所以有这个问题，是因为线程1的拿锁，比锁，删锁，实际上并不是原子性的，我们要防止刚才的情况发生，

在这里插入图片描述

7 、Lua脚本解决多条命令原子性问题

Redis提供了Lua脚本功能，在一个脚本中编写多条Redis命令，确保多条命令执行时的原子性。Lua是一种编程语言，它的基本语法大家可以参考网站：https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html，这里重点介绍Redis提供的调用函数，我们可以使用lua去操作redis，又能保证他的原子性，这样就可以实现拿锁比锁删锁是一个原子性动作了，作为Java程序员这一块并不作一个简单要求，并不需要大家过于精通，只需要知道他有什么作用即可。

这里重点介绍Redis提供的调用函数，语法如下：

redis.call('命令名称','key','其它参数',...)

例如，我们要执行set name jack，则脚本是这样：

# 执行 set name jack
redis.call('set','name','jack')

例如，我们要先执行set name Rose，再执行get name，则脚本如下：

# 先执行 set name jack
redis.call('set','name','Rose')
# 再执行 get name
local name = redis.call('get','name')
# 返回
return name

写好脚本以后，需要用Redis命令来调用脚本，调用脚本的常见命令如下：
在这里插入图片描述
例如，我们要执行 redis.call(‘set’, ‘name’, ‘jack’) 这个脚本，语法如下：
在这里插入图片描述
如果脚本中的key、value不想写死，可以作为参数传递。key类型参数会放入KEYS数组，其它参数会放入ARGV数组，在脚本中可以从KEYS和ARGV数组获取这些参数：
在这里插入图片描述
接下来我们来回一下我们释放锁的逻辑：

释放锁的业务流程是这样的

​ 1、获取锁中的线程标示

​ 2、判断是否与指定的标示（当前线程标示）一致

​ 3、如果一致则释放锁（删除）

​ 4、如果不一致则什么都不做

如果用Lua脚本来表示则是这样的：

最终我们操作redis的拿锁比锁删锁的lua脚本就会变成这样

-- 这里的 KEYS[1] 就是锁的key，这里的ARGV[1] 就是当前线程标示
-- 获取锁中的标示，判断是否与当前线程标示一致
if(redis.call('GET', KEYS[1])== ARGV[1]) then
  -- 一致，则删除锁
  return redis.call('DEL', KEYS[1])
end
-- 不一致，则直接返回
return0

8 利用Java代码调用Lua脚本改造分布式锁

lua脚本本身并不需要大家花费太多时间去研究，只需要知道如何调用，大致是什么意思即可，所以在笔记中并不会详细的去解释这些lua表达式的含义。

我们的RedisTemplate中，可以利用execute方法去执行lua脚本，参数对应关系就如下图股。

在这里插入图片描述
Java代码

privatestatic final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;static{
        UNLOCK_SCRIPT =new DefaultRedisScript<>();
        UNLOCK_SCRIPT.setLocation(newClassPathResource("unlock.lua"));
        UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);}publicvoidunlock(){// 调用lua脚本
    stringRedisTemplate.execute(
            UNLOCK_SCRIPT,
            Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
            ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId());}
经过以上代码改造后，我们就能够实现 拿锁比锁删锁的原子性动作了~

小总结：

基于Redis的分布式锁实现思路：

  • 利用set nx ex获取锁，并设置过期时间，保存线程标示
  • 释放锁时先判断线程标示是否与自己一致，一致则删除锁 - 特性： - 利用set nx满足互斥性- 利用set ex保证故障时锁依然能释放，避免死锁，提高安全性- 利用Redis集群保证高可用和高并发特性

总结：我们一路走来，利用添加过期时间，防止死锁问题的发生，但是有了过期时间之后，可能出现误删别人锁的问题，这个问题我们开始是利用删之前 通过拿锁，比锁，删锁这个逻辑来解决的，也就是删之前判断一下当前这把锁是否是属于自己的，但是现在还有原子性问题，也就是我们没法保证拿锁比锁删锁是一个原子性的动作，最后通过lua表达式来解决这个问题

但是目前还剩下一个问题锁不住，什么是锁不住呢，你想一想，如果当过期时间到了之后，我们可以给他续期一下，比如续个30s，就好像是网吧上网， 网费到了之后，然后说，来，网管，再给我来10块的，是不是后边的问题都不会发生了，那么续期问题怎么解决呢，可以依赖于我们接下来要学习redission啦。

测试逻辑：

第一个线程进来，得到了锁，手动删除锁，模拟锁超时了，其他线程会执行lua来抢锁，当第一天线程利用lua删除锁时，lua能保证他不能删除他的锁，第二个线程删除锁时，利用lua同样可以保证不会删除别人的锁，同时还能保证原子性。

后记
👉👉💕💕美好的一天，到此结束，下次继续努力！欲知后续，请看下回分解，写作不易，感谢大家的支持！！ 🌹🌹🌹

标签： spring boot redis java
本文转载自: https://blog.csdn.net/m0_59230408/article/details/130930621
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