分布式锁与实现(一)——基于Redis实现

概述

目前几乎很多大型网站及应用都是分布式部署的，分布式场景中的数据一致性问题一直是一个比较重要的话题。分布式的CAP理论告诉我们“任何一个分布式系统都无法同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance），最多只能同时满足两项。”所以，很多系统在设计之初就要对这三者做出取舍。在互联网领域的绝大多数的场景中，都需要牺牲强一致性来换取系统的高可用性，系统往往只需要保证“最终一致性”，只要这个最终时间是在用户可以接受的范围内即可。

在很多场景中，我们为了保证数据的最终一致性，需要很多的技术方案来支持，比如分布式事务、分布式锁等。

选用Redis实现分布式锁原因

Redis有很高的性能
Redis命令对此支持较好，实现起来比较方便

在此就不介绍Redis的安装了，具体在Linux和Windows中的安装可以查看我前面的博客。
http://www.cnblogs.com/liuyang0/p/6504826.html

使用命令介绍

SETNX

SETNX key val
当且仅当key不存在时，set一个key为val的字符串，返回1；若key存在，则什么都不做，返回0。

expire

expire key timeout
为key设置一个超时时间，单位为second，超过这个时间锁会自动释放，避免死锁。

delete

delete key
删除key

在使用Redis实现分布式锁的时候，主要就会使用到这三个命令。

实现

使用的是jedis来连接Redis。

实现思想

获取锁的时候，使用setnx加锁，并使用expire命令为锁添加一个超时时间，超过该时间则自动释放锁，锁的value值为一个随机生成的UUID，通过此在释放锁的时候进行判断。
获取锁的时候还设置一个获取的超时时间，若超过这个时间则放弃获取锁。
释放锁的时候，通过UUID判断是不是该锁，若是该锁，则执行delete进行锁释放。

分布式锁的核心代码如下：

package com.distribute;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.Transaction;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException;

import java.util.List;
import java.util.UUID;

/**
* Created by liuyang on 2017/4/20.
*/
public class DistributedLock {
   private final JedisPool jedisPool;

   public DistributedLock(JedisPool jedisPool) {
       this.jedisPool = jedisPool;
   }

   /**
    * 加锁
    *
    * @param locaName       锁的key
    * @param acquireTimeout 获取超时时间
    * @param timeout        锁的超时时间
    * @return 锁标识
    */
   public String lockWithTimeout(String locaName, long acquireTimeout, long timeout) {
       Jedis conn = null;
       String retIdentifier = null;
       try {
           // 获取连接
           conn = jedisPool.getResource();
           // 随机生成一个value
           String identifier = UUID.randomUUID().toString();
           // 锁名，即key值
           String lockKey = "lock:" + locaName;
           // 超时时间，上锁后超过此时间则自动释放锁
           int lockExpire = (int) (timeout / 1000);

           // 获取锁的超时时间，超过这个时间则放弃获取锁
           long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
           while (System.currentTimeMillis() < end) {
               if (conn.setnx(lockKey, identifier) == 1) {
                   conn.expire(lockKey, lockExpire);
                   // 返回value值，用于释放锁时间确认
                   retIdentifier = identifier;
                   return retIdentifier;
               }
               // 返回-1代表key没有设置超时时间，为key设置一个超时时间
               if (conn.ttl(lockKey) == -1) {
                   conn.expire(lockKey, lockExpire);
               }

               try {
                   Thread.sleep(10);
               } catch (InterruptedException e) {
                   Thread.currentThread().interrupt();
               }
           }
       } catch (JedisException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           if (conn != null) {
               conn.close();
           }
       }
       return retIdentifier;
   }

   /**
    * 释放锁
    *
    * @param lockName   锁的key
    * @param identifier 释放锁的标识
    * @return
    */
   public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
       Jedis conn = null;
       String lockKey = "lock:" + lockName;
       boolean retFlag = false;
       try {
           conn = jedisPool.getResource();
           while (true) {
               // 监视lock，准备开始事务
               conn.watch(lockKey);
               // 通过前面返回的value值判断是不是该锁，若是该锁，则删除，释放锁
               if (identifier.equals(conn.get(lockKey))) {
                   Transaction transaction = conn.multi();
                   transaction.del(lockKey);
                   List<Object> results = transaction.exec();
                   if (results == null) {
                       continue;
                   }
                   retFlag = true;
               }
               conn.unwatch();
               break;
           }
       } catch (JedisException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           if (conn != null) {
               conn.close();
           }
       }
       return retFlag;
   }
} 

测试

下面就用一个简单的例子测试刚才实现的分布式锁。
例子中使用50个线程模拟秒杀一个商品，使用--运算符来实现商品减少，从结果有序性就可以看出是否为加锁状态。

模拟秒杀服务，在其中配置了jedis线程池，在初始化的时候传给分布式锁，供其使用。

 1 import redis.clients.jedis.JedisPool;
 2 import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;
 3 
 4 /**
 5  * Created by liuyang on 2017/4/20.
 6  */
 7 public class Service {
 8     private static JedisPool pool = null;
 9 
10     static {
11         JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
12         // 设置最大连接数
13         config.setMaxTotal(200);
14         // 设置最大空闲数
15         config.setMaxIdle(8);
16         // 设置最大等待时间
17         config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
18         // 在borrow一个jedis实例时，是否需要验证，若为true，则所有jedis实例均是可用的
19         config.setTestOnBorrow(true);
20         pool = new JedisPool(config, "127.0.0.1", 6379, 3000);
21     }
22 
23     DistributedLock lock = new DistributedLock(pool);
24 
25     int n = 500;
26 
27     public void seckill() {
28         // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
29         String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
30         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
31         System.out.println(--n);
32         lock.releaseLock("resource", indentifier);
33     }
34 }

// 模拟线程进行秒杀服务

 1 public class ThreadA extends Thread {
 2     private Service service;
 3 
 4     public ThreadA(Service service) {
 5         this.service = service;
 6     }
 7 
 8     @Override
 9     public void run() {
10         service.seckill();
11     }
12 }
13 
14 public class Test {
15     public static void main(String[] args) {
16         Service service = new Service();
17         for (int i = 0; i < 50; i++) {
18             ThreadA threadA = new ThreadA(service);
19             threadA.start();
20         }
21     }
22 }

结果如下，结果为有序的。

1 public void seckill() {
2     // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
3     //String indentifier = lock.lockWithTimeout("resource", 5000, 1000);
4     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
5     System.out.println(--n);
6     //lock.releaseLock("resource", indentifier);
7 }