Redis分布式锁抽丝剥茧

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分布式锁是"线程同步"的延续

最近首度应用"分布式锁"，现在想想，分布式锁不是孤立的技能点，这其实就是跨主机的线程同步。

单机服务器可以通过共享某堆内存来标记上锁/解锁，线程同步说到底是建立在单机操作系统的用户态/内核态对共享内存的访问控制。

而分布式服务器不是在同一台机器上：跨主机，因此需要将锁标记存储在所有机器进程都能看到的地方。

在开发很多业务场景会使用到锁，例如库存控制，抽奖等。

例如库存只剩1个商品，有三个用户同时打算购买，谁先购买库存立即清零，不能让其他二人也购买成功。

解读分布式锁

我们常说的线程安全、线程同步方案，包括此次的分布式锁都是基于

“多线程/多进程对特定资源同时有更新操作”。

基本考量

1.分布式系统，一个锁在同一时间只能被一个服务器获取 (这是分布式锁的基础)

2.具备锁失效机制，防止死锁 (防止某些意外，锁没有得到释放，别人也无法得到锁)

Redis SET resource-name anystring NX EX max-lock-time

是一种最简单的分布式锁实现方案。

SET 命令支持多个参数：

• EX seconds-- 设置过期时间(s)
• NX -- 如果key不存在，则设置 ......

因为SET命令参数可以替代SETNX，SETEX，GETSET，这些命令在未来可能被废弃。

上面的命令返回OK(或经过重试)，客户端就获取到这个锁;

使用DEL命令解锁;到达超时时间会自动释放锁。

在解锁时，增加一些设计，让系统更加健壮：

3.不要使用固定的String值作为锁标记值，而是使用一个不易被猜中的随机值， 业内称为token

4.不使用DEL命令释放锁，而是发送script去移除key

第3、4点是为了解决 ：“锁提前过期，客户端A还没有执行完，然后客户端B获取了锁，这时客户端A执行完了，会不会在删锁的时候把B的锁给删掉” -- 4是3技术上的推荐实现。

脚本如下：

if redis.call("get",KEYS1] ==ARGV[1]) 
then 
   return  redis.call("DEL",KEYS[1]) 
else 
  return 0 
end 

下面使用StackExchange.Redis 写了基于以上考量的代码示例：

/// <summary> 
/// Acquires the lock. 
/// </summary> 
/// <param name="key"></param> 
/// <param name="token">随机值</param> 
/// <param name="expireSecond"></param> 
 /// <param name="waitLockSeconds">非阻塞锁</param> 
static bool Lock(string key, string token,int expireSecond=10, double waitLockSeconds = 0) 
{ 
    var waitIntervalMs = 50; 
    bool isLock; 
             
    DateTime begin = DateTime.Now; 
    do 
    { 
         isLock = Connection.GetDatabase().StringSet(key, token, TimeSpan.FromSeconds(expireSecond), When.NotExists); 
         if (isLock) 
             return true; 
             //不等待锁则返回 
             if (waitLockSeconds == 0) break; 
             //超过等待时间，则不再等待 
             if ((DateTime.Now - begin).TotalSeconds >= waitLockSeconds) break; 
             Thread.Sleep(waitIntervalMs); 
     } while (!isLock); 
     return false; 
 } 
        
/// <summary>   
/// Releases the lock.   
/// </summary>   
/// <returns><c>true</c>, if lock was released, <c>false</c> otherwise.</returns>   
/// <param name="key">Key.</param>   
/// <param name="value">value</param>   
static bool UnLock(string key, string value) 
{ 
    string lua_script = @"   
    if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then   
         redis.call('DEL', KEYS[1])   
          return true   
          else   
          return false   
        end   
      "; 
     try 
     { 
          var res = Connection.GetDatabase().ScriptEvaluate(lua_script, 
                                                           new RedisKey[] { key }, 
                                                           new RedisValue[] { value }); 
            return (bool)res; 
      } 
     catch (Exception ex) 
     { 
          Console.WriteLine($"ReleaseLock lock fail...{ex.Message}"); 
          return false; 
     } 
} 
         
        private static Lazy<ConnectionMultiplexer> lazyConnection = new Lazy<ConnectionMultiplexer>(() => 
        { 
            ConfigurationOptions configuration = new ConfigurationOptions 
            { 
                AbortOnConnectFail = false, 
                ConnectTimeout = 5000, 
            }; 
            configuration.EndPoints.Add("10.100.219.9", 6379); 
            return ConnectionMultiplexer.Connect(configuration.ToString()); 
        });  
        public static ConnectionMultiplexer Connection => lazyConnection.Value; 

以上代码新增了第五点考量：

5. 为避免无限制抢锁，增加了非阻塞锁：轮询_s等待锁，未等到则不再抢锁

使用方式：

下面并行开启三个任务，同时减少库存：

static void Main(string[] args) 
{ 
     // 尝试并行执行3个任务 
     Parallel.For(0, 3, x => 
     { 
           string token = $"loki:{x}"; 
           bool isLocked = Lock("loki", token, 5, 10); 
             
           if (isLocked) 
           { 
               Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks (with lock) at {DateTime.Now}."); 
               Thread.Sleep(1000); 
               Console.WriteLine($"{token} release lock {UnLock("loki", token)} at {DateTime.Now}. "); 
           } 
           else 
           { 
             Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks at {DateTime.Now}."); 
           } 
       }); 
} 

可以看到三个并行任务依次获取/释放锁

输出总结

本文从基础的线程安全、线程同步，认识到分布式锁是跨主机的资源线程/进程同步方案， 以步步为营的风格 演示了RedisSET命令做分布式锁的设计考量，好记性不如烂笔头。