Redis实现分布式锁

2018-06-09 13:21:48
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使用Redis SETNX实现

SETNX命令(SET if Not eXists)
语法:SETNX key value

功能:原子性操作,当且仅当 key 不存在,将 key 的值设为 value ,并返回1;若给定的 key 已经存在,则 SETNX 不做任何动作,并返回0。


注意:
使用SETNX和expire实现锁的时候,一定要保证谁拿到的锁,谁去释放锁,不能出现已经过期的锁,释放了别人持有的锁,这里使用lua脚本来实现,而不是使用del key的方式


import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.util.Assert;
import org.springframework.util.StringUtils;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.UUID;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisCluster;
import redis.clients.jedis.JedisCommands;

/**
 * Redis分布式锁 使用 SET resource-name anystring NX EX max-lock-time 实现
 *
 * <p> 该方案在 Redis 官方 SET 命令页有详细介绍。 http://doc.redisfans.com/string/set.html
 *
 * <p> 在介绍该分布式锁设计之前,我们先来看一下在从 Redis 2.6.12 开始 SET 提供的新特性, 命令 SET key value [EX seconds] [PX
 * milliseconds] [NX|XX],其中:
 *
 * <p> EX seconds — 以秒为单位设置 key 的过期时间; PX milliseconds — 以毫秒为单位设置 key 的过期时间; NX — 将key 的值设为value
 * ,当且仅当key 不存在,等效于 SETNX。 XX — 将key 的值设为value ,当且仅当key 存在,等效于 SETEX。
 *
 * <p> 命令 SET resource-name anystring NX EX max-lock-time 是一种在 Redis 中实现锁的简单方法。
 *
 * <p> 客户端执行以上的命令:
 *
 * <p> 如果服务器返回 OK ,那么这个客户端获得锁。 如果服务器返回 NIL ,那么客户端获取锁失败,可以在稍后再重试。
 */
@Slf4j
public class SmartRedisLock {
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * 将key 的值设为value ,当且仅当key 不存在,等效于 SETNX。
     */
    private static final String NX = "NX";

    /**
     * seconds — 以秒为单位设置 key 的过期时间,等效于EXPIRE key seconds
     */
    private static final String EX = "EX";

    /**
     * 调用set后的返回值
     */
    private static final String OK = "OK";

    /**
     * 默认请求锁的超时时间(ms 毫秒)
     */
    private static final long TIME_OUT = 1000;

    /**
     * 默认锁的有效时间(s)
     */
    private static final int EXPIRE = 60;

    /**
     * 解锁的lua脚本
     */
    private static final String UNLOCK_LUA;

    /**
     * KEYS数组的内容
     *
     -- KEYS[1]   - key
     -- KEYS[2]   - ttl in ms
     -- KEYS[3]   - lock content
     */

    static {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] ");
        sb.append("then ");
        sb.append("    return redis.call(\"del\",KEYS[1]) ");
        sb.append("else ");
        sb.append("    return 0 ");
        sb.append("end ");
        UNLOCK_LUA = sb.toString();
    }

    /**
     * 锁标志对应的key
     */
    private String lockKey;

    /**
     * 锁对应的值
     */
    private String lockValue;

    /**
     * 锁的有效时间(s)
     */
    private long expireTime = EXPIRE;

    /**
     * 锁标记:保证一个线程修改了值,其他线程立即能获取到最新的值
     */
    private volatile boolean locked = false;

    private final Random random = new Random();

    /**
     * 使用默认的锁过期时间和请求锁的超时时间
     *
     * @param lockKey 锁的key(Redis的Key)
     */
    public SmartRedisLock(StringRedisTemplate redisTemplate, String lockKey) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.lockKey = lockKey + "_lock";
    }


    /**
     * 使用默认的请求锁的超时时间,指定锁的过期时间
     *
     * @param lockKey    锁的key(Redis的Key)
     * @param expireTime 锁的过期时间(单位:秒)
     */
    public SmartRedisLock(StringRedisTemplate redisTemplate, String lockKey, long expireTime) {
        this(redisTemplate, lockKey);
        this.expireTime = expireTime;
    }

    /**
     * 尝试获取锁 超时返回,在超时时间内会重试
     */
    public boolean tryLock() {
        // 生成随机key
        lockValue = UUID.randomUUID().toString();
        // 请求锁超时时间,
        long nowTime = System.nanoTime();
        while ((System.nanoTime() - nowTime) < TIME_OUT * 1000000) {
            if (OK.equalsIgnoreCase(this.set(lockKey, lockValue, expireTime))) {
                locked = true;
                // 上锁成功结束请求
                return true;
            }
            // 每次请求等待一段时间
            seleep();
        }
        return locked;
    }

    /**
     * 使用场景:同一个时间点,只允许一个线程请求,其余线程拒绝
     *
     * 尝试获取锁 立即返回
     *
     * @return 是否成功获得锁
     */
    public boolean lock() {
        lockValue = UUID.randomUUID().toString();
        //不存在则添加 且设置过期时间(单位ms)
        String result = set(lockKey, lockValue, expireTime);
        locked = OK.equalsIgnoreCase(result);
        return locked;
    }

    /**
     * 以阻塞方式的获取锁(等待前一个线程释放)
     *
     * 使用场景:多线程请求时,排队请求
     *
     * @return 是否成功获得锁
     */
    public boolean lockBlock() {
        lockValue = UUID.randomUUID().toString();
        while (true) {
            //不存在则添加 且设置过期时间(单位ms)
            String result = set(lockKey, lockValue, expireTime);
            if (OK.equalsIgnoreCase(result)) {
                locked = true;
                return locked;
            }
            // 每次请求等待一段时间
            seleep();
        }
    }

    /**
     * 解锁 <p> 可以通过以下修改,让这个锁实现更健壮:
     *
     * <p> 不使用固定的字符串作为键的值,而是设置一个不可猜测(non-guessable)的长随机字符串,作为口令串(token)。
     *
     * 不使用 DEL 命令来释放锁,而是发送一个 Lua 脚本,这个脚本只在客户端传入的值和键的口令串相匹配时,才对键进行删除。
     *
     * 这两个改动可以防止持有过期锁的客户端误删现有锁的情况出现。
     */
    public Boolean unlock() {
        // 只有加锁成功并且锁还有效才去释放锁
        if (locked) {
            return redisTemplate.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
                @Override
                public Boolean doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    Object nativeConnection = connection.getNativeConnection();
                    Long result = 0L;

                    List<String> keys = new ArrayList<>();
                    keys.add(lockKey);
                    List<String> values = new ArrayList<>();
                    values.add(lockValue);

                    // 集群模式
                    if (nativeConnection instanceof JedisCluster) {
                        result = (Long) ((JedisCluster) nativeConnection).eval(UNLOCK_LUA, keys, values);
                    }

                    // 单机模式
                    if (nativeConnection instanceof Jedis) {
                        result = (Long) ((Jedis) nativeConnection).eval(UNLOCK_LUA, keys, values);
                    }

                    if (result == 0) {
                        log.info("Redis分布式锁,解锁{}失败!解锁时间:{}", System.currentTimeMillis());
                    }

                    locked = result == 0;
                    return result == 1;
                }
            });
        }

        return true;
    }


    /**
     * 重写redisTemplate的set方法
     *
     * 命令 SET resource-name anystring NX EX max-lock-time 是一种在 Redis 中实现锁的简单方法。
     *
     * <p> 客户端执行以上的命令:
     *
     * <p> 如果服务器返回 OK ,那么这个客户端获得锁。 如果服务器返回 NIL ,那么客户端获取锁失败,可以在稍后再重试。
     *
     * @param key     锁的Key
     * @param value   锁里面的值
     * @param seconds 过去时间(秒)
     */
    private String set(final String key, final String value, final long seconds) {
        log.debug("lockKey:{}", key);
        Assert.isTrue(!StringUtils.isEmpty(key), "key不能为空");
        return redisTemplate.execute(new RedisCallback<String>() {
            @Override
            public String doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                Object nativeConnection = connection.getNativeConnection();
                String result = null;
                if (nativeConnection instanceof JedisCommands) {
                    result = ((JedisCommands) nativeConnection).set(key, value, NX, EX, seconds);
                }

                return result;
            }
        });
    }

    /**
     * @Title: seleep
     * @Description: 线程等待时间
     */
    private void seleep() {
        try {
            Thread.sleep(10, random.nextInt(50000));
        } catch (InterruptedException e) {
            log.info("获取分布式锁休眠被中断:", e);
        }
    }

}




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