第十五节：Redis分布式锁剖析和几种客户端的实现

一. Redis分布式锁剖析

1. 背景

　在传统的单体项目中，即部署到单个IIS上，针对并发问题，比如进销存中的出库和入库问题，多个人同时操作，属于一个IIS进程中多个线程并发操作的问题，这个时候可以引入线程锁lock/Monitor等，轻松解决这类问题。但是随着业务量的逐渐增大，比如"秒杀业务", 肯定是集群部署，这个时候线程锁已经没用了, 必须引入分布式锁。

　常见的分布式锁有：数据库、zookeeper、redis. 本节重点介绍redis的分布式锁.

如下图：

参考：https://segmentfault.com/a/1190000018106844

　　　https://www.cnblogs.com/runningsmallguo/p/10322315.html

2. 分布式锁需要满足的条件

　(1).在分布式系统环境下，一个锁在同一时间只能被一个服务器获取；（这是所有分布式锁的基础）

　(2).高性能的获取锁和释放锁；（锁用完了，要及时释放，以供别人继续使用）

　(3).具备锁失效机制，防止死锁；（防止因为某些意外，锁没有得到释放，那别人将永远无法使用）

　(4).具备非阻塞锁特性，即没有获取到锁将直接返回获取锁失败。（满足等待锁的同时，也要满足非阻塞锁特性，便于多样性的业务场景使用）

3. 分布式锁种类/原理

(1).阻塞锁

　　尝试在redis中创建一个字符串结构缓存，方法传入key和过期时间(AcquireLock), 其中key对应的value为锁的过期时间timeout的时间戳。

　　若redis中没有这个key，则创建成功（即抢到锁），然后立即返回；若已经有这个key，则先watch，然后校验value中的时间戳是否已经超过当前时间。

　　若已超过，则尝试使用提交事务的方式覆盖新的时间戳，事务提交成功（即抢到锁),然后立即返回；若未超过当前时间或事务提交失败（即被别人抢到锁），则进入一个内部优化过的微循环，不断重试。

　传入的timeout还有一个作用，就是控制重试时间，重试超时后则抛异常，using完成方法调用或者显式调用dispose，都会直接清除key。

总结：

　　timeout有两个意思：一是如果成功加锁后锁的过期时间, 二是未成功加锁后阻塞等待的时间。数据锁服务通过检查value中时间戳来判断是否过期，并不是利用redis在key上设置expire time来通过key的过期实现的。

(2).非阻塞锁

　　尝试在redis中创建一个字符串结构缓存项,方法传入key、value、timeout（Add），其中value无实际意义，过期时间为传入的timeout。

　　若redis中没有这个key,则创建成功（即抢到锁）,然后立即返回true.若已经有这个key，则立即返回false。以上过程为全局单线程原子操作，整个过程为独占式操作。IsLock可以检测key是否存在。

注意：

　　timeout即成功加锁后锁的过期时间，利用redis在key上设置expire time来通过key的过期实现。不要先用IsLock判断是否有锁再用Add加锁，因为这两个操作非原子性操作，期间会被其他操作干扰。

(3).底层实现主要用到以下几个指令

A.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

B.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

C.delete

　delete key：删除key

二. 案例模拟实现

1.场景模拟分析

　模拟多个用户进行秒杀业务，扣减库存→创建订单。 （PS：这里只是为了演示分布式锁而已,实际场景可以利用redis自减Api原子性实现扣减库存，从而干掉锁的问题）

总结：真正的秒杀是不会用分布式锁的, 因为用锁会存在等待的问题,会产生大量无响应的情况, 实际情况下可以利用Lua脚本结合redis原子性的特点，编写秒杀业务。详见：https://www.cnblogs.com/yaopengfei/p/13749772.html

下面分享3个不同的程序集实现分布式锁的业务.

2. ServiceStack.Redis

(1).阻塞锁

代码分享

   /// <summary>
    /// 阻塞锁
    /// </summary>
    public class BlockingLock
    {

        public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout)
        {
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            using (var myLock = client.AcquireLock(key, timeout))  //获取锁  （此处阻塞，其它线程等待）
            {
                var goodNum = client.Get<int>("goodNum");
                if (goodNum > 0)
                {
                    client.Set<int>("goodNum", goodNum - 1);  //扣减库存
                    var orderNum = client.Incr("orderNum");
                    Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}");

                }
                else
                {
                    Console.WriteLine($"商品已经卖光了");
                }
            }
        }
    }

调用

 static void Main(string[] args)
 {

            Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            //商品数量(设置为10)
            client.Set<int>("goodNum", 10);
            //订单数(默认为0)
            client.Set<int>("orderNum", 0);

            //开启30个线程去抢购
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {
                            BlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //阻塞锁

                            //NoBlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //非阻塞锁
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
  }

copy两套程序同时运行

(2).非阻塞锁

代码分享：

  /// <summary>
    /// 非阻塞锁
    /// </summary>
    public class NoBlockingLock
    {
        public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout)
        {
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            bool isLocked = client.Add<string>(key, "xxxx", timeout);
            if (isLocked)
            {
                try
                {
                    var goodNum = client.Get<int>("goodNum");
                    if (goodNum > 0)
                    {
                        client.Set<int>("goodNum", goodNum - 1);  //扣减库存
                        var orderNum = client.Incr("orderNum");   //订单数量自增1
                        Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"{i}商品已经卖光了");
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine($"{i}报错了{ex.Message}");
                }
                finally
                {
                    client.Remove(key);
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{i}抢购失败：原因：没有拿到锁");
            }
        }
    }

调用

 static void Main(string[] args)
 {

            Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            //商品数量(设置为10)
            client.Set<int>("goodNum", 10);
            //订单数(默认为0)
            client.Set<int>("orderNum", 0);

            //开启30个线程去抢购
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {
                            //BlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //阻塞锁

                            NoBlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //非阻塞锁
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
  }

copy两套程序同时运行 

 

3. StackExchange.Redis

代码分享

 public class MyLock1
    {
        public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout)
        {

            RedisHelp redis = new RedisHelp("119.45.174.249:6379,password=123456");
            var client = redis.GetDatabase();

            bool isLocked = client.LockTake(key, Environment.MachineName, timeout); //timeout秒后自动释放
            if (isLocked)
            {
                try
                {
                    var goodNum = int.Parse(client.StringGet("goodNum"));
                    if (goodNum > 0)
                    {
                        client.StringSet("goodNum", goodNum - 1);  //扣减库存
                        var orderNum = client.StringIncrement("orderNum");   //订单数量自增1
                        Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"{i}商品已经卖光了");
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine($"{i}报错了{ex.Message}");
                }
                finally
                {
                    client.LockRelease(key, Environment.MachineName);
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{i}抢购失败：原因：没有拿到锁");
            }
        }
    }

调用：

static void Main(string[] args)
{

            Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            RedisHelp redis = new RedisHelp("119.45.174.249:6379,password=123456");
            var client = redis.GetDatabase();
            //商品数量(设置为10)
            client.StringSet("goodNum", 10);
            //订单数(默认为0)
            client.StringSet("orderNum", 0);

            //开启30个线程去抢购
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {
                            MyLock1.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(2));
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
}

4. CSRedisCore

代码分享

public class MyLock1
    {
        public static void Show(int i, string key, int timeout)
        {

            RedisHelper.Initialization(new CSRedis.CSRedisClient("119.45.174.249:6379,password=123456,defaultDatabase=0"));
            var isLocked = RedisHelper.Lock(key, timeout, true); //timeout秒后自动释放
            if (isLocked != null)  //获取超时则返回null
            {
                try
                {
                    var goodNum = int.Parse(RedisHelper.Get("goodNum"));
                    if (goodNum > 0)
                    {
                        RedisHelper.Set("goodNum", goodNum - 1);  //扣减库存
                        var orderNum = RedisHelper.IncrBy("orderNum");   //订单数量自增1
                        Console.WriteLine($"{i}抢购成功,此时的库存为{goodNum - 1},订单数量为:{orderNum}");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"商品已经卖光了");
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine($"报错了{ex.Message}");
                }
                finally
                {
                    RedisHelper.Del(key);  //上面可以自动删除，还需要手动删除吗？
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{i}抢购失败：原因：没有拿到锁");
            }
        }
    }

调用

  static void Main(string[] args)
  {

            Console.WriteLine("请输入开始抢购的时间：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            var client = new CSRedis.CSRedisClient("119.45.174.249:6379,password=123456,defaultDatabase=0");
            //商品数量(设置为10)
            client.Set("goodNum", 10);
            //订单数(默认为0)
            client.Set("orderNum", 0);

            //开启30个线程去抢购
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式开启秒杀！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {

                            MyLock1.Show(i, "akey", 2);
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
     }

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• 作       者 : Yaopengfei(姚鹏飞)
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