Redis分布式锁的正确使用方式探讨
前言
日常开发中，秒杀下单、抢红包等等业务场景，都需要用到分布式锁。而redis非常适合作为分布式锁使用。本文将分七个方案展开，跟大家探讨redis分布式锁的正确使用方式。如果有不正确的地方，欢迎大家指出哈，一起学习一起进步。
什么是分布式锁
方案一：setnx + expire
方案二：setnx + value值是（系统时间+过期时间）
方案三：使用lua脚本（包含setnx + expire两条指令）
方案四：set的扩展命令（set ex px nx）
方案五：set ex px nx + 校验唯一随机值，再释放锁
方案六： 开源框架~redisson
方案七：多机实现的分布式锁redlock
什么是分布式锁
分布式锁其实就是，控制分布式系统不同进程共同访问共享资源的一种锁的实现。如果不同的系统或同一个系统的不同主机之间共享了某个临界资源，往往需要互斥来防止彼此干扰，以保证一致性。
我们先来看下，一把靠谱的分布式锁应该有哪些特征：
「互斥性」： 任意时刻，只有一个客户端能持有锁。
「锁超时释放」：持有锁超时，可以释放，防止不必要的资源浪费，也可以防止死锁。
「可重入性」：一个线程如果获取了锁之后，可以再次对其请求加锁。
「高性能和高可用」：加锁和解锁需要开销尽可能低，同时也要保证高可用，避免分布式锁失效。
「安全性」：锁只能被持有的客户端删除，不能被其他客户端删除
redis分布式锁方案一：setnx + expire
提到redis的分布式锁，很多小伙伴马上就会想到setnx+ expire命令。即先用setnx来抢锁，如果抢到之后，再用expire给锁设置一个过期时间，防止锁忘记了释放。
setnx 是set if not exists的简写。日常命令格式是setnx key value，如果 key不存在，则setnx成功返回1，如果这个key已经存在了，则返回0。
假设某电商网站的某商品做秒杀活动，key可以设置为key_resource_id，value设置任意值，伪代码如下：
if（jedis.setnx（key_resource_id，lock_value） == 1）{ //加锁
expire（key_resource_id，100）; //设置过期时间
try {
do something //业务请求
}catch（）{
}
finally {
jedis.del（key_resource_id）; //释放锁
}
}
但是这个方案中，setnx和expire两个命令分开了，「不是原子操作」。如果执行完setnx加锁，正要执行expire设置过期时间时，进程crash或者要重启维护了，那么这个锁就“长生不老”了，「别的线程永远获取不到锁啦」。
redis分布式锁方案二：setnx + value值是（系统时间+过期时间）
为了解决方案一，「发生异常锁得不到释放的场景」，有小伙伴认为，可以把过期时间放到setnx的value值里面。如果加锁失败，再拿出value值校验一下即可。加锁代码如下：
long expires = system.currenttimemillis（） + expiretime; //系统时间+设置的过期时间
string expiresstr = string.valueof（expires）;
// 如果当前锁不存在，返回加锁成功
if （jedis.setnx（key_resource_id， expiresstr） == 1） {
return true;
}
// 如果锁已经存在，获取锁的过期时间
string currentvaluestr = jedis.get（key_resource_id）;
// 如果获取到的过期时间，小于系统当前时间，表示已经过期
if （currentvaluestr ！= null && long.parselong（currentvaluestr） 《 system.currenttimemillis（）） {
// 锁已过期，获取上一个锁的过期时间，并设置现在锁的过期时间（不了解redis的getset命令的小伙伴，可以去官网看下哈）
string oldvaluestr = jedis.getset（key_resource_id， expiresstr）;
if （oldvaluestr ！= null && oldvaluestr.equals（currentvaluestr）） {
// 考虑多线程并发的情况，只有一个线程的设置值和当前值相同，它才可以加锁
return true;
}
}
//其他情况，均返回加锁失败
return false;
}
这个方案的优点是，巧妙移除expire单独设置过期时间的操作，把「过期时间放到setnx的value值」里面来。解决了方案一发生异常，锁得不到释放的问题。但是这个方案还有别的缺点：
过期时间是客户端自己生成的（system.currenttimemillis（）是当前系统的时间），必须要求分布式环境下，每个客户端的时间必须同步。
如果锁过期的时候，并发多个客户端同时请求过来，都执行jedis.getset（），最终只能有一个客户端加锁成功，但是该客户端锁的过期时间，可能被别的客户端覆盖
该锁没有保存持有者的唯一标识，可能被别的客户端释放/解锁。
redis分布式锁方案三：使用lua脚本（包含setnx + expire两条指令）
实际上，我们还可以使用lua脚本来保证原子性（包含setnx和expire两条指令），lua脚本如下：
if redis.call（‘setnx’，keys［1］，argv［1］） == 1 then
redis.call（‘expire’，keys［1］，argv［2］）
else
return 0
end;
加锁代码如下：
string lua_scripts = “if redis.call（‘setnx’，keys［1］，argv［1］） == 1 then” +
“ redis.call（‘expire’，keys［1］，argv［2］） return 1 else return 0 end”;
object result = jedis.eval（lua_scripts， collections.singletonlist（key_resource_id）， collections.singletonlist（values））;
//判断是否成功
return result.equals（1l）;
这个方案，跟方案二对比，你觉得哪个更好呢？
redis分布式锁方案方案四：set的扩展命令（set ex px nx）
除了使用，使用lua脚本，保证setnx + expire两条指令的原子性，我们还可以巧用redis的set指令扩展参数！（set key value［ex seconds］［px milliseconds］［nx|xx］），它也是原子性的！
set key value［ex seconds］［px milliseconds］［nx|xx］
nx ：表示key不存在的时候，才能set成功，也即保证只有第一个客户端请求才能获得锁，而其他客户端请求只能等其释放锁，才能获取。
ex seconds ：设定key的过期时间，时间单位是秒。
px milliseconds： 设定key的过期时间，单位为毫秒
xx： 仅当key存在时设置值
伪代码demo如下：
if（jedis.set（key_resource_id， lock_value， “nx”， “ex”， 100s） == 1）{ //加锁
try {
do something //业务处理
}catch（）{
}
finally {
jedis.del（key_resource_id）; //释放锁
}
}
但是呢，这个方案还是可能存在问题：
问题一：「锁过期释放了，业务还没执行完」。假设线程a获取锁成功，一直在执行临界区的代码。但是100s过去后，它还没执行完。但是，这时候锁已经过期了，此时线程b又请求过来。显然线程b就可以获得锁成功，也开始执行临界区的代码。那么问题就来了，临界区的业务代码都不是严格串行执行的啦。
问题二：「锁被别的线程误删」。假设线程a执行完后，去释放锁。但是它不知道当前的锁可能是线程b持有的（线程a去释放锁时，有可能过期时间已经到了，此时线程b进来占有了锁）。那线程a就把线程b的锁释放掉了，但是线程b临界区业务代码可能都还没执行完呢。
方案五：set ex px nx + 校验唯一随机值，再删除
既然锁可能被别的线程误删，那我们给value值设置一个标记当前线程唯一的随机数，在删除的时候，校验一下，不就ok了嘛。伪代码如下：
if（jedis.set（key_resource_id， uni_request_id， “nx”， “ex”， 100s） == 1）{ //加锁
try {
do something //业务处理
}catch（）{
}
finally {
//判断是不是当前线程加的锁，是才释放
if （uni_request_id.equals（jedis.get（key_resource_id））） {
jedis.del（lockkey）; //释放锁
}
}
}
在这里，「判断是不是当前线程加的锁」和「释放锁」不是一个原子操作。如果调用jedis.del（）释放锁的时候，可能这把锁已经不属于当前客户端，会解除他人加的锁。
为了更严谨，一般也是用lua脚本代替。lua脚本如下：
if redis.call（‘get’，keys［1］） == argv［1］ then
return redis.call（‘del’，keys［1］）
else
return 0
end;
redis分布式锁方案六：redisson框架
方案五还是可能存在「锁过期释放，业务没执行完」的问题。有些小伙伴认为，稍微把锁过期时间设置长一些就可以啦。其实我们设想一下，是否可以给获得锁的线程，开启一个定时守护线程，每隔一段时间检查锁是否还存在，存在则对锁的过期时间延长，防止锁过期提前释放。
当前开源框架redisson解决了这个问题。我们一起来看下redisson底层原理图吧：
只要线程一加锁成功，就会启动一个watch dog看门狗，它是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果线程1还持有锁，那么就会不断的延长锁key的生存时间。因此，redisson就是使用redisson解决了「锁过期释放，业务没执行完」问题。
redis分布式锁方案七：多机实现的分布式锁redlock+redisson
前面六种方案都只是基于单机版的讨论，还不是很完美。其实redis一般都是集群部署的：
如果线程一在redis的master节点上拿到了锁，但是加锁的key还没同步到slave节点。恰好这时，master节点发生故障，一个slave节点就会升级为master节点。线程二就可以获取同个key的锁啦，但线程一也已经拿到锁了，锁的安全性就没了。
为了解决这个问题，redis作者 antirez提出一种高级的分布式锁算法：redlock。redlock核心思想是这样的：
搞多个redis master部署，以保证它们不会同时宕掉。并且这些master节点是完全相互独立的，相互之间不存在数据同步。同时，需要确保在这多个master实例上，是与在redis单实例，使用相同方法来获取和释放锁。
我们假设当前有5个redis master节点，在5台服务器上面运行这些redis实例。
redlock的实现步骤：如下
1.获取当前时间，以毫秒为单位。
2.按顺序向5个master节点请求加锁。客户端设置网络连接和响应超时时间，并且超时时间要小于锁的失效时间。（假设锁自动失效时间为10秒，则超时时间一般在5-50毫秒之间，我们就假设超时时间是50ms吧）。如果超时，跳过该master节点，尽快去尝试下一个master节点。
3.客户端使用当前时间减去开始获取锁时间（即步骤1记录的时间），得到获取锁使用的时间。当且仅当超过一半（n/2+1，这里是5/2+1=3个节点）的redis master节点都获得锁，并且使用的时间小于锁失效时间时，锁才算获取成功。（如上图，10s》 30ms+40ms+50ms+4m0s+50ms）
如果取到了锁，key的真正有效时间就变啦，需要减去获取锁所使用的时间。
如果获取锁失败（没有在至少n/2+1个master实例取到锁，有或者获取锁时间已经超过了有效时间），客户端要在所有的master节点上解锁（即便有些master节点根本就没有加锁成功，也需要解锁，以防止有些漏网之鱼）。
简化下步骤就是：
按顺序向5个master节点请求加锁
根据设置的超时时间来判断，是不是要跳过该master节点。
如果大于等于3个节点加锁成功，并且使用的时间小于锁的有效期，即可认定加锁成功啦。
如果获取锁失败，解锁！
redisson实现了redlock版本的锁，有兴趣的小伙伴，可以去了解一下哈~
原文标题：七种方案！探讨redis分布式锁的正确使用姿势
文章出处：【微信公众号：数据分析与开发】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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expire（key_resource_id，100）; //设置过期时间
try {
do something //业务请求
}catch（）{
}
finally {
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}
}
但是这个方案中，setnx和expire两个命令分开了，「不是原子操作」。如果执行完setnx加锁，正要执行expire设置过期时间时，进程crash或者要重启维护了，那么这个锁就“长生不老”了，「别的线程永远获取不到锁啦」。
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long expires = system.currenttimemillis（） + expiretime; //系统时间+设置的过期时间
string expiresstr = string.valueof（expires）;
// 如果当前锁不存在，返回加锁成功
if （jedis.setnx（key_resource_id， expiresstr） == 1） {
return true;
}
// 如果锁已经存在，获取锁的过期时间
string currentvaluestr = jedis.get（key_resource_id）;
// 如果获取到的过期时间，小于系统当前时间，表示已经过期
if （currentvaluestr ！= null && long.parselong（currentvaluestr） 《 system.currenttimemillis（）） {
// 锁已过期，获取上一个锁的过期时间，并设置现在锁的过期时间（不了解redis的getset命令的小伙伴，可以去官网看下哈）
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if （oldvaluestr ！= null && oldvaluestr.equals（currentvaluestr）） {
// 考虑多线程并发的情况，只有一个线程的设置值和当前值相同，它才可以加锁
return true;
}
}
//其他情况，均返回加锁失败
return false;
}
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过期时间是客户端自己生成的（system.currenttimemillis（）是当前系统的时间），必须要求分布式环境下，每个客户端的时间必须同步。
如果锁过期的时候，并发多个客户端同时请求过来，都执行jedis.getset（），最终只能有一个客户端加锁成功，但是该客户端锁的过期时间，可能被别的客户端覆盖
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if redis.call（‘setnx’，keys［1］，argv［1］） == 1 then
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else
return 0
end;
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“ redis.call（‘expire’，keys［1］，argv［2］） return 1 else return 0 end”;
object result = jedis.eval（lua_scripts， collections.singletonlist（key_resource_id）， collections.singletonlist（values））;
//判断是否成功
return result.equals（1l）;
这个方案，跟方案二对比，你觉得哪个更好呢？
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除了使用，使用lua脚本，保证setnx + expire两条指令的原子性，我们还可以巧用redis的set指令扩展参数！（set key value［ex seconds］［px milliseconds］［nx|xx］），它也是原子性的！
set key value［ex seconds］［px milliseconds］［nx|xx］
nx ：表示key不存在的时候，才能set成功，也即保证只有第一个客户端请求才能获得锁，而其他客户端请求只能等其释放锁，才能获取。
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px milliseconds： 设定key的过期时间，单位为毫秒
xx： 仅当key存在时设置值
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if（jedis.set（key_resource_id， lock_value， “nx”， “ex”， 100s） == 1）{ //加锁
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do something //业务处理
}catch（）{
}
finally {
jedis.del（key_resource_id）; //释放锁
}
}
但是呢，这个方案还是可能存在问题：
问题一：「锁过期释放了，业务还没执行完」。假设线程a获取锁成功，一直在执行临界区的代码。但是100s过去后，它还没执行完。但是，这时候锁已经过期了，此时线程b又请求过来。显然线程b就可以获得锁成功，也开始执行临界区的代码。那么问题就来了，临界区的业务代码都不是严格串行执行的啦。
问题二：「锁被别的线程误删」。假设线程a执行完后，去释放锁。但是它不知道当前的锁可能是线程b持有的（线程a去释放锁时，有可能过期时间已经到了，此时线程b进来占有了锁）。那线程a就把线程b的锁释放掉了，但是线程b临界区业务代码可能都还没执行完呢。
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既然锁可能被别的线程误删，那我们给value值设置一个标记当前线程唯一的随机数，在删除的时候，校验一下，不就ok了嘛。伪代码如下：
if（jedis.set（key_resource_id， uni_request_id， “nx”， “ex”， 100s） == 1）{ //加锁
try {
do something //业务处理
}catch（）{
}
finally {
//判断是不是当前线程加的锁，是才释放
if （uni_request_id.equals（jedis.get（key_resource_id））） {
jedis.del（lockkey）; //释放锁
}
}
}
在这里，「判断是不是当前线程加的锁」和「释放锁」不是一个原子操作。如果调用jedis.del（）释放锁的时候，可能这把锁已经不属于当前客户端，会解除他人加的锁。
为了更严谨，一般也是用lua脚本代替。lua脚本如下：
if redis.call（‘get’，keys［1］） == argv［1］ then
return redis.call（‘del’，keys［1］）
else
return 0
end;
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方案五还是可能存在「锁过期释放，业务没执行完」的问题。有些小伙伴认为，稍微把锁过期时间设置长一些就可以啦。其实我们设想一下，是否可以给获得锁的线程，开启一个定时守护线程，每隔一段时间检查锁是否还存在，存在则对锁的过期时间延长，防止锁过期提前释放。
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根据设置的超时时间来判断，是不是要跳过该master节点。
如果大于等于3个节点加锁成功，并且使用的时间小于锁的有效期，即可认定加锁成功啦。
如果获取锁失败，解锁！
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