基于 Redis 如何实现一个分布式锁？

作者： 张张 2021-11-01 12:25:56

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Redis 与分布式锁相对应的是「单机锁」，我们在写多线程程序时，避免同时操作一个共享变量产生数据问题，通常会使用一把锁来「互斥」，以保证共享变量的正确性，其使用范围是在「同一个进程」中。

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一、为什么需要分布式锁?

在开始讲分布式锁之前，有必要简单介绍一下，为什么需要分布式锁?

与分布式锁相对应的是「单机锁」，我们在写多线程程序时，避免同时操作一个共享变量产生数据问题，通常会使用一把锁来「互斥」，以保证共享变量的正确性，其使用范围是在「同一个进程」中。

如果换做是多个进程，需要同时操作一个共享资源，如何互斥呢?

例如，现在的业务应用通常都是微服务架构，这也意味着一个应用会部署多个进程，那这多个进程如果需要修改 MySQL 中的同一行记录时，为了避免操作乱序导致数据错误，此时，我们就需要引入「分布式锁」来解决这个问题了。

想要实现分布式锁，必须借助一个外部系统，所有进程都去这个系统上申请「加锁」。

而这个外部系统，必须要实现「互斥」的能力，即两个请求同时进来，只会给一个进程返回成功，另一个返回失败(或等待)。

这个外部系统，可以是 MySQL，也可以是 Redis 或 Zookeeper。但为了追求更好的性能，我们通常会选择使用 Redis 或 Zookeeper 来做。

下面我就以 Redis 为主线，由浅入深，带你深度剖析一下，分布式锁的各种「安全性」问题，帮你彻底理解分布式锁。

二、分布式锁怎么实现?

我们从最简单的开始讲起。

想要实现分布式锁，必须要求 Redis 有「互斥」的能力，我们可以使用 SETNX 命令，这个命令表示SET if Not eXists，即如果 key 不存在，才会设置它的值，否则什么也不做。

两个客户端进程可以执行这个命令，达到互斥，就可以实现一个分布式锁。

客户端 1 申请加锁，加锁成功：

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1 
(integer) 1     // 客户端1，加锁成功 

客户端 2 申请加锁，因为后到达，加锁失败：

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1 
(integer) 0     // 客户端2，加锁失败 

此时，加锁成功的客户端，就可以去操作「共享资源」，例如，修改 MySQL 的某一行数据，或者调用一个 API 请求。

操作完成后，还要及时释放锁，给后来者让出操作共享资源的机会。如何释放锁呢?

也很简单，直接使用 DEL 命令删除这个 key 即可：

127.0.0.1:6379> DEL lock // 释放锁 
(integer) 1 

这个逻辑非常简单，整体的路程就是这样：

但是，它存在一个很大的问题，当客户端 1 拿到锁后，如果发生下面的场景，就会造成「死锁」：

程序处理业务逻辑异常，没及时释放锁

进程挂了，没机会释放锁

这时，这个客户端就会一直占用这个锁，而其它客户端就「永远」拿不到这把锁了。

怎么解决这个问题呢?

三、如何避免死锁?

我们很容易想到的方案是，在申请锁时，给这把锁设置一个「租期」。

在 Redis 中实现时，就是给这个 key 设置一个「过期时间」。这里我们假设，操作共享资源的时间不会超过 10s，那么在加锁时，给这个 key 设置 10s 过期即可：

127.0.0.1:6379> SETNX lock 1    // 加锁 
(integer) 1 
127.0.0.1:6379> EXPIRE lock 10  // 10s后自动过期 
(integer) 1 

这样一来，无论客户端是否异常，这个锁都可以在 10s 后被「自动释放」，其它客户端依旧可以拿到锁。

疑问脸，但这样真的没问题吗?

还是有问题。

现在的操作，加锁、设置过期是 2 条命令，有没有可能只执行了第一条，第二条却「来不及」执行的情况发生呢?例如：

• SETNX 执行成功，执行 EXPIRE 时由于网络问题，执行失败
• SETNX 执行成功，Redis 异常宕机，EXPIRE 没有机会执行
• SETNX 执行成功，客户端异常崩溃，EXPIRE 也没有机会执行

总之，这两条命令不能保证是原子操作(一起成功)，就有潜在的风险导致过期时间设置失败，依旧发生「死锁」问题。

那怎么办呢?

在 Redis 2.6.12 版本之前，我们需要想尽办法，保证 SETNX 和 EXPIRE 原子性执行，还要考虑各种异常情况如何处理。

但在 Redis 2.6.12 之后，Redis 扩展了 SET 命令的参数，用这一条命令就可以了：

// 一条命令保证原子性执行 
127.0.0.1:6379> SET lock 1 EX 10 NX 
OK 

这样就解决了死锁问题，也比较简单。