Java-redis分布式锁 抢购秒杀系统 实现

一、使用分布式锁要满足的几个条件：

1. 系统是一个分布式系统（关键是分布式，单机的可以使用ReentrantLock或者synchronized代码块来实现）
2. 共享资源（各个系统访问同一个资源，资源的载体可能是传统关系型数据库或者NoSQL）
3. 同步访问（即有很多个进程同事访问同一个共享资源。没有同步访问，谁管你资源竞争不竞争）

二、应用的场景例子

　　管理后台的部署架构（多台tomcat服务器+redis【多台tomcat服务器访问一台redis】+mysql【多台tomcat服务器访问一台服务器上的mysql】）就满足使用分布式锁的条件。多台服务器要访问redis全局缓存的资源，如果不使用分布式锁就会出现问题。

从redis获取值N，对数值N进行边界检查，自加1，然后N写回redis中。 这种应用场景很常见，像秒杀，全局递增ID、IP访问限制等。以IP访问限制来说，恶意攻击者可能发起无限次访问，并发量比较大，分布式环境下对N的边界检查就不可靠，因为从redis读的N可能已经是脏数据。传统的加锁的做法（如java的synchronized和Lock）也没用，因为这是分布式环境，这个同步问题的救火队员也束手无策。在这危急存亡之秋，分布式锁终于有用武之地了。

　　分布式锁可以基于很多种方式实现，比如zookeeper、redis...。不管哪种方式，他的基本原理是不变的：用一个状态值表示锁，对锁的占用和释放通过状态值来标识。

　　这里主要讲如何用redis实现分布式锁。

三、使用redis的setNX命令实现分布式锁

1、实现的原理

　　Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对Redis的连接并不存在竞争关系。redis的SETNX命令可以方便的实现分布式锁。

2、基本命令解析

1）setNX（SET if Not eXists）

语法：

SETNX key value

将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。

若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。

SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写

返回值：

　　设置成功，返回 1 。

　　设置失败，返回 0 。

redis> EXISTS job                # job 不存在
(integer) 

redis> SETNX job "programmer"    # job 设置成功
(integer) 

redis> SETNX job "code-farmer"   # 尝试覆盖 job ，失败
(integer) 

redis> GET job                   # 没有被覆盖
"programmer"

所以我们使用执行下面的命令

SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 

• 如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。

• 如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。

2）getSET

语法：

GETSET key value

　　将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值(old value)。

　　当 key 存在但不是字符串类型时，返回一个错误。

返回值：

　　返回给定 key 的旧值。

　　当 key 没有旧值时，也即是， key 不存在时，返回 nil 。

3）get

语法：

GET key

返回值：

　　当 key 不存在时，返回 nil ，否则，返回 key 的值。

　　如果 key 不是字符串类型，那么返回一个错误

 

四、解决死锁

上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？

我们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.foo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（讲道理，删除锁的操作应该是锁拥有这执行的，这里只需要等它超时即可），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.foo检查时间戳，先后发现超时了。
C1 发送DEL lock.foo
C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
C2 发送DEL lock.foo
C2 发送SETNX lock.foo 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.foo 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.foo 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.foo <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。

五、代码实现

expireMsecs 锁持有超时，防止线程在入锁以后，无限的执行下去，让锁无法释放 
timeoutMsecs 锁等待超时，防止线程饥饿，永远没有入锁执行代码的机会

注意：项目里面需要先搭建好redis的相关配置

package test.miaosha;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

public class RedisLock {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisLock.class);

    private RedisTemplate<String,Object> redisTemplate;

    private static final int DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS = ;

    /**
     * Lock key path.
     */
    private String lockKey;

    /**
     * 锁超时时间，防止线程在入锁以后，无限的执行等待
     */
    private int expireMsecs =  * ;

    /**
     * 锁等待时间，防止线程饥饿
     */
    private int timeoutMsecs =  * ;

    private volatile boolean locked = false;

    /**
     * Detailed constructor with default acquire timeout 10000 msecs and lock
     * expiration of 60000 msecs.
     *
     * @param lockKey
     *            lock key (ex. account:1, ...)
     */
    public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.lockKey = lockKey + "_lock";
    }

    /**
     * Detailed constructor with default lock expiration of 60000 msecs.
     *
     */
    public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey, int timeoutMsecs) {
        this(redisTemplate, lockKey);
        this.timeoutMsecs = timeoutMsecs;
    }

    /**
     * Detailed constructor.
     *
     */
    public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey, int timeoutMsecs, int expireMsecs) {
        this(redisTemplate, lockKey, timeoutMsecs);
        this.expireMsecs = expireMsecs;
    }

    /**
     * @return lock key
     */
    public String getLockKey() {
        return lockKey;
    }

    public String get(final String key) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    byte[] data = connection.get(serializer.serialize(key));
                    connection.close();
                    if (data == null) {
                        return null;
                    }
                    return serializer.deserialize(data);
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("get redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? obj.toString() : null;
    }

    public String set(final String key,final String value) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    connection.set(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value));
                    return serializer;
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("get redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? obj.toString() : null;
    }

    public boolean setNX(final String key, final String value) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    Boolean success = connection.setNX(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value));
                    connection.close();
                    return success;
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("setNX redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? (Boolean) obj : false;
    }

    private String getSet(final String key, final String value) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    byte[] ret = connection.getSet(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value));
                    connection.close();
                    return serializer.deserialize(ret);
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("setNX redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? (String) obj : null;
    }

    /**
     * 获得 lock. 实现思路: 主要是使用了redis 的setnx命令,缓存了锁. reids缓存的key是锁的key,所有的共享,
     * value是锁的到期时间(注意:这里把过期时间放在value了,没有时间上设置其超时时间) 执行过程:
     * 1.通过setnx尝试设置某个key的值,成功(当前没有这个锁)则返回,成功获得锁
     * 2.锁已经存在则获取锁的到期时间,和当前时间比较,超时的话,则设置新的值
     *
     * @return true if lock is acquired, false acquire timeouted
     * @throws InterruptedException
     *             in case of thread interruption
     */
    public synchronized boolean lock() throws InterruptedException {
        int timeout = timeoutMsecs;
        while (timeout >= ) {
            long expires = System.currentTimeMillis() + expireMsecs + ;
            String expiresStr = String.valueOf(expires); // 锁到期时间
            if (this.setNX(lockKey, expiresStr)) {
                // lock acquired
                locked = true;
                return true;
            }

            String currentValueStr = this.get(lockKey); // redis里的时间
            if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
                // 判断是否为空，不为空的情况下，如果被其他线程设置了值，则第二个条件判断是过不去的
                // lock is expired

                String oldValueStr = this.getSet(lockKey, expiresStr);
                // 获取上一个锁到期时间，并设置现在的锁到期时间，
                // 只有一个线程才能获取上一个线上的设置时间，因为jedis.getSet是同步的
                if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
                    // 防止误删（覆盖，因为key是相同的）了他人的锁——这里达不到效果，这里值会被覆盖，但是因为什么相差了很少的时间，所以可以接受

                    // [分布式的情况下]:如过这个时候，多个线程恰好都到了这里，但是只有一个线程的设置值和当前值相同，他才有权利获取锁
                    // lock acquired
                    locked = true;
                    return true;
                }
            }
            timeout -= DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS;

            /*
             * 延迟100 毫秒, 这里使用随机时间可能会好一点,可以防止饥饿进程的出现,即,当同时到达多个进程,
             * 只会有一个进程获得锁,其他的都用同样的频率进行尝试,后面有来了一些进行,也以同样的频率申请锁,这将可能导致前面来的锁得不到满足.
             * 使用随机的等待时间可以一定程度上保证公平性
             */
            Thread.sleep(DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS);

        }
        return false;
    }

    /**
     * Acqurired lock release.
     */
    public synchronized void unlock() {
        if (locked) {
            redisTemplate.delete(lockKey);
            locked = false;
        }
    }

}

MsService.java

package test.miaosha;

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

public class MsService {

    /***
     * 抢购代码
     * @param redisTemplate
     * @param key pronum 首先用客户端设置数量
     * @return
     */
    public boolean seckill(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String key) {
        RedisLock lock = new RedisLock(redisTemplate, key, , );
        try {
            if (lock.lock()) {
                // 需要加锁的代码
                String pronum=lock.get("pronum");

                //修改库存
                if(Integer.parseInt(pronum)->=) {
                    lock.set("pronum",String.valueOf(Integer.parseInt(pronum)-));
                    System.out.println("库存数量:"+pronum+"     成功!!!"+Thread.currentThread().getName());
                }else {
                    System.out.println("手慢拍大腿");
                }

                return true;
            } 

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 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。 ————这里没有做
            lock.unlock();
        }
        return false;
    }
}

ThreadB.java

package test.miaosha;

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

public class ThreadB extends Thread {
    private MsService service;
    private RedisTemplate<String,Object> redisTemplate;
    private String key;

    public ThreadB(MsService service,RedisTemplate<String,Object> redisTemplate,String key) {
        this.service = service;
        this.redisTemplate=redisTemplate;
        this.key=key;
    }

    @Override
    public void run() {
        service.seckill(redisTemplate, key);
    }
}
 

测试类 直接开100个线程 模拟100个人抢购

package test.miaosha;

import org.apache.xbean.spring.context.ClassPathXmlApplicationContext;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

public class MsTest {

    static ClassPathXmlApplicationContext appCtx = new ClassPathXmlApplicationContext("test/miaosha/spring-redis.xml");

     public static void main(String[] args) {
          RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = (RedisTemplate<String, Object>)appCtx.getBean("redisTemplate",RedisTemplate.class);

          //RedisUtil redisUtil=(RedisUtil) appCtx.getBean("redisUtil");
          System.out.println("开始");

            MsService service = new MsService();

            for (int i = ; i < ; i++) {
                ThreadB threadA = new ThreadB(service, redisTemplate, "MSKEY");
                threadA.start();

            }

    }
}

spring-redis.xml

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
    xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx" xmlns:util="http://www.springframework.org/schema/util"
    xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
      http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd
      http://www.springframework.org/schema/context
      http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-3.0.xsd
      http://www.springframework.org/schema/mvc
      http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc-3.0.xsd
        http://www.springframework.org/schema/tx
        http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx-3.0.xsd
        http://www.springframework.org/schema/aop
    http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-3.0.xsd
        http://www.springframework.org/schema/util
      http://www.springframework.org/schema/util/spring-util-3.0.xsd">

<!--[redis-JedisPoolConfig配置](http://blog.csdn.net/liang_love_java/article/details/50510753)-->
<!--    jedis-2.7..jar 依赖jar包 commons-pool2-2.3.jar
        jedis基于 commons-pool2-2.3.jar 自己实现了一个资源池。
        配置参数 详见 http://blog.csdn.net/liang_love_java/article/details/50510753
-->
    <bean id="jedisPoolConfig" class="redis.clients.jedis.JedisPoolConfig">
        <property name="maxIdle" value="" />
        <property name="maxTotal" value="" />
        <property name="blockWhenExhausted" value="true" />
        <property name="maxWaitMillis" value="" />
        <property name="testOnBorrow" value="true" />
    </bean> 

    <bean id="jedisConnectionFactory" class="org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory">
        <property name="hostName" value="127.0.0.1" />
        <property name="port" value=""/>
        <property name="poolConfig" ref="jedisPoolConfig" />
        <property name="usePool" value="true"/>
    </bean> 

    <bean id="redisTemplate" class="org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate">
        <property name="connectionFactory"   ref="jedisConnectionFactory" />
        <property name="keySerializer">
            <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer" />
        </property>
        <property name="valueSerializer">
            <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer" />
        </property>
        <property name="hashKeySerializer">
           <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer"/>
        </property>
        <property name="hashValueSerializer">
           <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer"/>
        </property>
     </bean> 

     <!--自定义redis工具类,在需要缓存的地方注入此类  -->  

</beans>