使用Redis实现锁（支持分布式应用）

1. 简介

使用Redis指令setnx、expire、getset等操作实现互斥资源的访问

本文内容来着网络整理，参考：

http://www.linuxidc.com/Linux/2014-12/110958.htm

http://www.jeffkit.info/2011/07/1000/

http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8740911

2. 背景

　　在特殊业务逻辑中，需要保证莫一个操作同时只有一个线程在操作，保证数据一致性。防止数据被多次改写或产生多条重复数据。

3. 思路

通过get 和set 命令实现

　　这种方式很容易想到，就是当每次请求到来时通过get判断这个锁是否存在，如果不存在则set创建。这种方法有一个弊端，由于get和set是两次Redis请求，二者之间有延时，在高并发的环境下，有可能在get检测到锁不存之后在set之前已经被其他线程set，这时当前线程再set，这样锁就失效了。所以这种方法只能应对并发量不是很高的情况

通过setnx 和 expire命令实现

　　在访问需要互斥访问的资源时，通过setnx命令去设置一个lock 键，setnx的作用是判断锁是否存在，如果不存在则创建，返回成功，如果存在则返回失败，服务器返回给客户端，指示客户端稍后重试。expire命令用于给该锁设定一个过期时间，用于防止线程crash，导致锁一直有效，从而导致死锁。例如：设定锁的有效期为100秒，那么即使线程奔溃，在100秒后锁会自动失效。（实际上，这个地方也有问题，高并发下在执行expire命令时偶尔会失败（Redis socket链接问题），失败后这个lock就不会自动过期，值会会一直存在，出现死锁导致后续的重试操作就永远不会成功！ 为保证执行成功需要考虑失败时多次执行expire）

setnx lock "lock"

expire lock 100 //如果锁定成功，则设置过期时间

do work code //工作逻辑代码

del lock //访问互斥资源结束后,删除锁

通过setnx和 getset命令加 timespan+timeout (推荐)

如何解决setnx + expire 的死锁问题？可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。

发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次，当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景：

C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock检查时间戳，先后发现超时了。

C1 发送DEL lock

C1 发送SETNX lock并且成功了。

C2 发送DEL lock

C2 发送SETNX lock并且成功了。

这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！

幸好这种问题是可以避免的，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的：

C3发送SETNX lock想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0

C3发送GET lock以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。

反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁：

GETSET lock <current Unix time + lock timeout + 1>

通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。

如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。

注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了

附伪代码：

# get lock

lock = 0

while lock != 1:

timestamp = current Unix time + lock timeout + 1

lock = SETNX lock.foo timestamp

if lock == 1 or (now() > (GET lock.foo) and now() > (GETSET lock.foo timestamp)):

break;

else:

sleep(10ms)

# do your job

do_job()

# release

if now() < GET lock.foo:

DEL lock.foo

4. 代码

通过setnx 和 expire命令实现代码

 public boolean tryLock(String key, int timeout, int expiretime, int sleeptime) throws Exception {

         Jedis redis = jedisPool.getResource();

         try {

             long nano = System.nanoTime();

             do {

                 Long i = redis.setnx(key, "key");

                 jedisPool.returnResource(redis);

                 if (i == 1) {

                     redis.expire(key, expiretime);

                     return Boolean.TRUE;

                 }

                 if (timeout == 0) {

                     break;

                 }

                 Thread.sleep(sleeptime);

             } while ((System.nanoTime() - nano) < TimeUnit.SECONDS.toNanos(timeout));

             return Boolean.FALSE;

         } catch (RuntimeException | InterruptedException e) {

             if (redis != null) {

                 jedisPool.returnBrokenResource(redis);

             }

             throw e;

         }

     }

通过setnx和 getset命令加 timespan+timeout (推荐代码)

 public boolean tryLock(String key, int timeout, int expiretime, int sleeptime) throws Exception {

         Jedis redis = jedisPool.getResource();

         try {

             long nano = System.nanoTime();

             do {

                 long timestamp = System.currentTimeMillis() + TimeUnit.SECONDS.toMillis(expiretime) + 1;

                 Long i = redis.setnx(key, String.valueOf(timestamp));

                 jedisPool.returnResource(redis);

                 if (i == 1) {

                     return Boolean.TRUE;

                 }

                 String lockVal = getString(key);

                 if (StringUtils.isBlank(lockVal) || !StringUtils.isNumeric(lockVal)) {

                     lockVal = "0";

                 }

                 if (System.currentTimeMillis() > Long.valueOf(lockVal)) {

                     lockVal = getAndset(key, String.valueOf(timestamp));

                     if (StringUtils.isBlank(lockVal) || !StringUtils.isNumeric(lockVal)) {

                         lockVal = "0";

                     }

                     if (System.currentTimeMillis() > Long.valueOf(lockVal)) {

                         return Boolean.TRUE;

                     }

                 }

                 if (timeout == 0) {

                     break;

                 }

                 Thread.sleep(sleeptime);

             } while ((System.nanoTime() - nano) < TimeUnit.SECONDS.toNanos(timeout));

             return Boolean.FALSE;

         } catch (RuntimeException | InterruptedException e) {

             if (redis != null) {

                 jedisPool.returnBrokenResource(redis);

             }

             throw e;

         }

     }