分布式锁用Redis还是Zookeeper?
为什么用分布式锁?在讨论这个问题之前,我们先来看一个业务场景。
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为什么用分布式锁?
系统 A 是一个电商系统,目前是一台机器部署,系统中有一个用户下订单的接口,但是用户下订单之前一定要去检查一下库存,确保库存足够了才会给用户下单。
由于系统有一定的并发,所以会预先将商品的库存保存在 Redis 中,用户下单的时候会更新 Redis 的库存。
此时系统架构如下:
但是这样一来会产生一个问题:假如某个时刻,Redis 里面的某个商品库存为 1。
此时两个请求同时到来,其中一个请求执行到上图的第 3 步,更新数据库的库存为 0,但是第 4 步还没有执行。
而另外一个请求执行到了第 2 步,发现库存还是 1,就继续执行第 3 步。这样的结果,是导致卖出了 2 个商品,然而其实库存只有 1 个。
很明显不对啊!这就是典型的库存超卖问题。此时,我们很容易想到解决方案:用锁把 2、3、4 步锁住,让他们执行完之后,另一个线程才能进来执行第 2 步。
按照上面的图,在执行第 2 步时,使用 Java 提供的 Synchronized 或者 ReentrantLock 来锁住,然后在第 4 步执行完之后才释放锁。
这样一来,2、3、4 这 3 个步骤就被"锁"住了,多个线程之间只能串行化执行。
但是好景不长,整个系统的并发飙升,一台机器扛不住了。现在要增加一台机器,如下图:
增加机器之后,系统变成上图所示,我的天!假设此时两个用户的请求同时到来,但是落在了不同的机器上,那么这两个请求是可以同时执行了,还是会出现库存超卖的问题。
为什么呢?因为上图中的两个 A 系统,运行在两个不同的 JVM 里面,他们加的锁只对属于自己 JVM 里面的线程有效,对于其他 JVM 的线程是无效的。
因此,这里的问题是:Java 提供的原生锁机制在多机部署场景下失效了,这是因为两台机器加的锁不是同一个锁(两个锁在不同的 JVM 里面)。
那么,我们只要保证两台机器加的锁是同一个锁,问题不就解决了吗?此时,就该分布式锁隆重登场了。
分布式锁的思路是:在整个系统提供一个全局、唯一的获取锁的"东西",然后每个系统在需要加锁时,都去问这个"东西"拿到一把锁,这样不同的系统拿到的就可以认为是同一把锁。
至于这个"东西",可以是 Redis、Zookeeper,也可以是数据库。文字描述不太直观,我们来看下图:
通过上面的分析,我们知道了库存超卖场景在分布式部署系统的情况下使用 Java 原生的锁机制无法保证线程安全,所以我们需要用到分布式锁的方案。
那么,如何实现分布式锁呢?接着往下看!
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基于 Redis 实现分布式锁
上面分析为啥要使用分布式锁了,这里我们来具体看看分布式锁落地的时候应该怎么样处理。
①常见的一种方案就是使用 Redis 做分布式锁
使用 Redis 做分布式锁的思路大概是这样的:在 Redis 中设置一个值表示加了锁,然后释放锁的时候就把这个 Key 删除。
具体代码是这样的:// 获取锁 // NX是指如果key不存在就成功,key存在返回false,PX可以指定过期时间 SET anyLock unique_value NX PX 30000 // 释放锁:通过执行一段lua脚本 // 释放锁涉及到两条指令,这两条指令不是原子性的 // 需要用到redis的lua脚本支持特性,redis执行lua脚本是原子性的 if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call("del",KEYS[1]) else return 0 end
这种方式有几大要点:一定要用 SET key value NX PX milliseconds 命令。如果不用,先设置了值,再设置过期时间,这个不是原子性操作,有可能在设置过期时间之前宕机,会造成死锁(Key 永久存在)Value 要具有唯一性。这个是为了在解锁的时候,需要验证 Value 是和加锁的一致才删除 Key。
这时避免了一种情况:假设 A 获取了锁,过期时间 30s,此时 35s 之后,锁已经自动释放了,A 去释放锁,但是此时可能 B 获取了锁。A 客户端就不能删除 B 的锁了。
除了要考虑客户端要怎么实现分布式锁之外,还需要考虑 Redis 的部署问题。
Redis 有 3 种部署方式:单机模式Master-Slave+Sentinel 选举模式Redis Cluster 模式
使用 Redis 做分布式锁的缺点在于:如果采用单机部署模式,会存在单点问题,只要 Redis 故障了。加锁就不行了。
采用 Master-Slave 模式,加锁的时候只对一个节点加锁,即便通过 Sentinel 做了高可用,但是如果 Master 节点故障了,发生主从切换,此时就会有可能出现锁丢失的问题。
基于以上的考虑,Redis 的作者也考虑到这个问题,他提出了一个 RedLock 的算法。
这个算法的意思大概是这样的:假设 Redis 的部署模式是 Redis Cluster,总共有 5 个 Master 节点。
通过以下步骤获取一把锁:获取当前时间戳,单位是毫秒。轮流尝试在每个 Master 节点上创建锁,过期时间设置较短,一般就几十毫秒。尝试在大多数节点上建立一个锁,比如 5 个节点就要求是 3 个节点(n / 2 +1)。客户端计算建立好锁的时间,如果建立锁的时间小于超时时间,就算建立成功了。要是锁建立失败了,那么就依次删除这个锁。只要别人建立了一把分布式锁,你就得不断轮询去尝试获取锁。
但是这样的这种算法还是颇具争议的,可能还会存在不少的问题,无法保证加锁的过程一定正确。
②另一种方式:Redisson
此外,实现 Redis 的分布式锁,除了自己基于 Redis Client 原生 API 来实现之外,还可以使用开源框架:Redission。
Redisson 是一个企业级的开源 Redis Client,也提供了分布式锁的支持。我也非常推荐大家使用,为什么呢?
回想一下上面说的,如果自己写代码来通过 Redis 设置一个值,是通过下面这个命令设置的:SET anyLock unique_value NX PX 30000
这里设置的超时时间是 30s,假如我超过 30s 都还没有完成业务逻辑的情况下,Key 会过期,其他线程有可能会获取到锁。
这样一来的话,第一个线程还没执行完业务逻辑,第二个线程进来了也会出现线程安全问题。
所以我们还需要额外的去维护这个过期时间,太麻烦了~我们来看看 Redisson 是怎么实现的?
先感受一下使用 Redission 的爽:Config config = new Config(); config.useClusterServers() .addNodeAddress("redis://192.168.31.101:7001") .addNodeAddress("redis://192.168.31.101:7002") .addNodeAddress("redis://192.168.31.101:7003") .addNodeAddress("redis://192.168.31.102:7001") .addNodeAddress("redis://192.168.31.102:7002") .addNodeAddress("redis://192.168.31.102:7003"); RedissonClient redisson = Redisson.create(config); RLock lock = redisson.getLock("anyLock"); lock.lock(); lock.unlock();
就是这么简单,我们只需要通过它的 API 中的 Lock 和 Unlock 即可完成分布式锁,他帮我们考虑了很多细节:Redisson 所有指令都通过 Lua 脚本执行,Redis 支持 Lua 脚本原子性执行。Redisson 设置一个 Key 的默认过期时间为 30s,如果某个客户端持有一个锁超过了 30s 怎么办?Redisson 中有一个 Watchdog 的概念,翻译过来就是看门狗,它会在你获取锁之后,每隔 10s 帮你把 Key 的超时时间设为 30s。
这样的话,就算一直持有锁也不会出现 Key 过期了,其他线程获取到锁的问题了。Redisson 的"看门狗"逻辑保证了没有死锁发生。(如果机器宕机了,看门狗也就没了。此时就不会延长 Key 的过期时间,到了 30s 之后就会自动过期了,其他线程可以获取到锁)
这里稍微贴出来其实现代码:// 加锁逻辑 private RFuture tryAcquireAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, final long threadId) { if (leaseTime != -1) { return tryLockInnerAsync(leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG); } // 调用一段lua脚本,设置一些key、过期时间 RFuture ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG); ttlRemainingFuture.addListener(new FutureListener() { @Override public void operationComplete(Future future) throws Exception { if (!future.isSuccess()) { return; } Long ttlRemaining = future.getNow(); // lock acquired if (ttlRemaining == null) { // 看门狗逻辑 scheduleExpirationRenewal(threadId); } } }); return ttlRemainingFuture; } RFuture tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand command) { internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime); return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command, "if (redis.call("exists", KEYS[1]) == 0) then " + "redis.call("hset", KEYS[1], ARGV[2], 1); " + "redis.call("pexpire", KEYS[1], ARGV[1]); " + "return nil; " + "end; " + "if (redis.call("hexists", KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " + "redis.call("hincrby", KEYS[1], ARGV[2], 1); " + "redis.call("pexpire", KEYS[1], ARGV[1]); " + "return nil; " + "end; " + "return redis.call("pttl", KEYS[1]);", Collections.
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