用Redis实现分布式锁

Redis有一系列的命令,特点是以NX结尾,NX是Not eXists的缩写,如SETNX命令就应该理解为:SET if Not eXists。这系列的命令非常有用,这里讲使用SETNX来实现分布式锁。

用SETNX实现分布式锁

利用SETNX非常简单地实现分布式锁。例如:某客户端要获得一个名字foo的锁,客户端使用下面的命令进行获取:

SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>

  •  如返回1,则该客户端获得锁,把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定,该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
  •  如返回0,表明该锁已被其他客户端取得,这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。

解决死锁

上面的锁定逻辑有一个问题:如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁,该怎么解决?我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了,如果当前的时间已经大于lock.foo的值,说明该锁已失效,可以被重新使用。

发生这种情况时,可不能简单的通过DEL来删除锁,然后再SETNX一次,当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它,这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景:

  1.  C0操作超时了,但它还持有着锁,C1和C2读取lock.foo检查时间戳,先后发现超时了。
  2.  C1 发送DEL lock.foo
  3.  C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
  4.  C2 发送DEL lock.foo
  5.  C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。

这样一来,C1,C2都拿到了锁!问题大了!

幸好这种问题是可以避免D,让我们来看看C3这个客户端是怎样做的:

  1. C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁,由于C0还持有锁,所以Redis返回给C3一个0
  2. C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了,如果没超时,则等待或重试。
  3. 反之,如果已超时,C3通过下面的操作来尝试获得锁:
    GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
  4. 通过GETSET,C3拿到的时间戳如果仍然是超时的,那就说明,C3如愿以偿拿到锁了。
  5. 如果在C3之前,有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作,那么C3拿到的时间戳是个未超时的值,这时,C3没有如期获得锁,需要再次等待或重试。留意一下,尽管C3没拿到锁,但它改写了C4设置的锁的超时值,不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。

注意:为了让分布式锁的算法更稳键些,持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时,再去做DEL操作,因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起,操作完的时候锁因为超时已经被别人获得,这时就不必解锁了。

示例伪代码

根据上面的代码,我写了一小段Fake代码来描述使用分布式锁的全过程:

  1. # get lock
  2. lock = 0
  3. while lock != 1:
  4.     timestamp = current Unix time + lock timeout + 1
  5.     lock = SETNX lock.foo timestamp
  6.     if lock == 1 or (now() > (GET lock.foo) and now() > (GETSET lock.foo timestamp)):
  7.         break;
  8.     else:
  9.         sleep(10ms)
  10.  
  11. # do your job
  12. do_job()
  13.  
  14. # release
  15. if now() < GET lock.foo:
  16.     DEL lock.foo

是的,要想这段逻辑可以重用,使用python的你马上就想到了Decorator,而用Java的你是不是也想到了那谁?AOP + annotation?行,怎样舒服怎样用吧,别重复代码就行。

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12 Responses to 用Redis实现分布式锁

  1. Zoom.Quiet says:

    这样只能作同一主机的不同进程/线程的锁吧?
    Redis 自个儿不是分布式的哪,这怎么分布式锁呢?

    • jeff says:

      我所定义的分布式锁是指支持分布式应用(多个进程,多个主机)共享的锁。而不是说锁本身是分布式的。
      锁本身若是分布式,那它的可靠性也就值得商榷了。。

      我使用Redis这个机制实现锁,就是为了可以让程序可以实现分布式部署啊。

    • jeff says:

      我理解的分布式锁中的锁是指存在应用进程外的锁,传统的锁是虚拟机(或进程)级别的锁,是活在某个进程内的,使用虚拟机级别的锁的程序是没办法或很难大规模化和实现分布式部署的。

      如有理解不当,恳请大妈指正啊。

      • Sparkle says:

        jeff的思路是对的,分布式锁是指使用锁的程序是分布的,一般来说是多个不同的进程,而不是说锁的实现容器redis本身的实现是不是分布(集群)

  2. Sparkle says:

    为什么不用expire来实现超时?

    • jeff says:

      expire只能让Key失效,如果有新的进程在Key过期后拿到了新的锁,原来超时的进程回来如果不经判断会误认为那是他持有的锁,会将锁误删了。

      • hoterran says:

        随机数和watch可以解决这个问题
        ————-
        random_key = getrandomkey()
        value = redis.setnx(key, random_key)
        if value == 1:
        redis.expire(key, timeout)
        do_job()
        redis.watch(mykey)
        value = redis.get(mykey)
        if random_key == value:
        redis.multi()
        redis.del(mykey)
        redis.exec
        else:
        #不是自己的锁,所以不能删除
        else:
        #没拿到锁

  3. Titan Lin says:

    If the UNIX time is not sync on two different machine, this lock will be failed.
    Does any method to solve this?! or the time sync is a constrain?!

  4. Lee says:

    博主有没有老婆多个主机时间同步的问题, 如果多个主机的时间不同步的话这个同步锁没有意义

  5. dikaka.com says:

    写得真不错,小MM很喜欢哦,随便说一下留言是一种美德,你是知道的!多谢支持!http://www.dikaka.com

  6. tatude.com says:

    偶然跑到这里,觉得博主文章挺值得读读的,收藏一下

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