Redis实现分布式锁

布式锁实现的三个核心要素：加锁、解锁、锁超时。

一、Redis实现分布式锁基本原理

1.1、Redis具体实现

情景：存在多台JVM需要同时对某一商品(id)进行操作。

• 加锁：使用setnx命令，伪代码：setnx(id,value)
    返回1，说明key不存在，线程抢锁成功；
    返回1，说明key已存在，线程抢锁失败。
   注意：setnx(id,value)中key为操作商品的id，value值可用于防止误删锁，下文有提到。

• 解锁：使用del命令，伪代码：del(id)

• 锁超时：如果一个得到锁的线程在执行任务的过程中挂掉，来不及显式地释放锁，该资源将会被永远占用，其他线程将无法访问。
     可以使用expire为key设置一个超时时间，与setnx命令一起执行（setnx不支持超时参数），用以保证即使未被显式释放，该锁也可在一定时间后自动释放。伪代码：expire（key， 30）。

1.2、上述实现存在的问题

• 非原子性操作
    加锁setnx和锁超时expire两个命令未非原子性操作，当执行加锁setnx后，若因网络或客户端问题锁超时expire命令未成功执行时，锁将无法被释放。
  解决方案：
    使用set命令取代setnx和expire命令。setnx本身不支持设置超时时间。在Redis 2.6.12以上版本为set指令增加了可选参数，伪代码：set（key, value, expire）。

• 误删锁
  设想如下情形：
    （1）JVM1使用set(001, 002, 30)成功获取锁，并设置超时时间为30s；
    （2）JVM1开始数据处理，处理时间已经超过了30s...
    （3）服务器检测到(001, 002, 30)数据超时，将自动执行del进行数据删除，此时JVM1还在数据处理...
    （4）此时，JVM2使用set(001, 002, 30)成功获取锁，并设置超时时间为30s；
    （5）JVM2开始数据处理。与此同时，JVM1处理完成，操作提交后，根据商品id001，执行了del；
      到此，JVM1成功误删了JVM2的锁。
  解决方案：
    del数据之前，增加锁判断机制：判断要删除的锁是否属于本线程。操作流程：
    （1）加锁：set(id, threadId,expire)，其中value为当前线程ID；
    （2）解锁：执行del命令时，根据id和threadId数据判断该锁是否仍属于本线程。是，则删除。

• 并发问题
    基于误删锁的前提下，由于我们无法确定程序成功处理完成数据的具体时间，这就为超时时间的设置提出了难题。设置时间过长、过短都将影响程序并发的效率。
  解决方案：JVM1需要自己判断在超时时间内是否完成数据处理，如未完成，应请求延长超时时间。具体操作：
    为获取锁的锁的线程开启一个守护线程。当29秒时（或更早），线程A还没执行完，守护线程会执行expire指令，为这把锁“续命”20秒。守护线程从第29秒开始执行，每20秒执行一次。当线程A执行完任务，会显式关掉守护线程。
  
    另一种情况：如果节点1 忽然断电，由于线程A和守护线程在同一个进程，守护线程也会停下。当过了超时时间后，没有守护进程的“续命”，锁将自动释放。