Redis分布式锁的超时问题及解决

2024-08-10 10:26 数据库作者：阿飞Sirx

Redis分布式锁的超时

Redis的分布式锁并不能解决超时问题，如果在加锁和释放锁之间的逻辑执行得太长，以至于超出了锁的超时限制，就会出现问题，因为这时候第一个线程持有的锁过期了，临界区的逻辑还没有执行完，而同时第二个线程就提前持有了这把锁，导致临界区代码不能得到严格串行执行

为了避免这个问题，分布式锁不要用于较长时间的任务，如果真的偶尔出现了问题，造成的数据小错乱，可能需要人工介入解决

有一个稍微安全一点的方案，是将set指令的value参数设置为一个随机数，释放锁时先匹配随机数是否一致，然后在删除key，这是为了确保当前线程占有的锁不会被其他线程释放，除非这个锁是自动超时，但是匹配value,和删除ke y不是一个原子操作，所以只是相对安全

分布式锁失效问题

分布式锁

1.1集群下的锁失效问题

Synchronized中的重量级锁，底层就是基于锁监视器（Monitor）来实现的。

简单来说就是锁对象头会指向一个锁监视器，而在监视器中则会记录一些信息

比如：

_owner：持有锁的线程
_recursions：锁重入次数

因此每锁一个对象。都会指向一个锁监视器，但是每个锁监视器同一时刻只能被一个线程持有，这样再单机模式下，不同服务的JVM当然不能通信，这样就会出现锁失效问题。所以在分布式环境下就不能使用Synchronized。所以分布式锁一定要满足多JVM都能访问并且互斥的条件。

能满足上述特征的组件有很多，因此实现分布式锁的方式也非常多，例如：

基于mysql
基于Redis
基于Zookeeper
基于ETCD

常见的最广泛的应用解决方式就是基于Redis实现的分布式锁。

1.2.简单分布式锁

先来弄清原理，Redis的setnx命令是基于string操作的。

命令如下：

SETNX key value

当且仅当这个key不存在时setnx才能执行成功，并且返回1，其它情况都会执行失败，并且返回0.我们就可以认为返回值是1就是获取锁成功，返回值是0就是获取锁失败，实现互斥效果。

当业务执行完成时，我们只需要通过DEL key命令删除这个即可释放锁。这个时候其它线程又可以再次获取锁（执行setnx成功）了。

不过我们要考虑一种极端的场景。获取成功后，还没释放锁时突然宕机，那么释放锁的动作就不会被执行这就出现了死锁。

# 获取锁，并记录持有锁的线程
SETNX lock thread1
# 设置过期时间，避免死锁
EXPIRE lock 20我们可以利用Redis的KEY过期时间机制，在获取锁时给锁添加一个超时时间：

但是这显然是两条独立的命令，如果我执行完setnx后宕机，过期时间还未设置，死锁问题又出现了！

为了保证两条命令的原子性使用SET lock thread1 NX EX 20 就能保证原子性。对应的api如下。

@RequiredArgsConstructor
public class RedisLock {
 
    private final String key;
    private final StringRedisTemplate redisTemplate;
 
    /**
     * 尝试获取锁
     * @param leaseTime 锁自动释放时间
     skLwHMav* @param unit 时间单位
     * @return 是否获取成功，true:获取锁成功;false:获取锁失败
     */
    public boolean tryLock(long leaseTime, TimeUnit unit){
        // 1.获取线程名称
        String value = Thread.currentThread().getName();
        // 2.获取锁
        Boolean success = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value, leaseTime, unit);
        // 3.返回结果
        return BooleanUtils.isTrue(success);
    }
 
    /**
     * 释放锁
     */
    public void unlock(){
        redisTemplate.delete(key);
    }
}

1.3.分布式锁的问题

1.3.1.锁误删问题

第一个问题就是锁误删问题，目前释放锁的操作是基于DEL，但是在极端情况下会出现问题。

假设场景，线程1获取锁成功完成执行，准备释放锁。

Redis分布式锁的超时问题及解决

但因为某些原因导致释放锁的操作被阻塞，直到超时放锁

Redis分布式锁的超时问题及解决

这时因为线程1被超时释放，所以线程2拿到了锁。这时候线程1醒了，给线程2的锁删了。

Redis分布式锁的超时问题及解决

但此时线程2还是在执行中，线程3在来的时候就会认为现在没人拿锁，于是多个线程再次并发执行，并发安全就可能再出现。

Redis分布式锁的超时问题及解决

为了解决这种场景，我们可以在删除锁之前判断当前锁的中保存的是否是当前线程标示，如果不是则证明不是自己的锁，则不删除；如果锁标示是当前线程，则可以删除。

1.3.2.超时释放问题

加上了锁标识判断。
可以避免大多数场景下的锁误删问题，但是还是有极端情况。
比如我线程1那所执行完并且判断完挂了，直到超时放锁。
这样线程2来的时候是可以获取锁的，线程2去执行业务中，线程1醒了，因为已经通过了校验，我给你锁删了，又发生了锁误删问题。

总结起来，根源就在于判断锁标识和删除锁是两个动作，又不符合原子性了。

1.3.3分布式锁的其他问题

锁的重入问题：同一个线程多次获取锁的场景，目前不支持，可能会导致死锁
锁失败的重试问题：获取锁失败后要不要重试？目前是直接失败，不支持重试
Redis主从的一致性问题：由于主从同步存在延迟，当线程在主节点获取锁后，从节点可能未同步锁信息。如果此时主宕机，会出现锁失javascript效情况。此时会有其它线程也获取锁成功。从而出现并发安全问题。

对应的解决方案也有，就是比较麻烦

原子性问题：可以利用Redis的Lua脚本来编写锁操作，确保原子性
超时问题：利用WatchDog（看门狗）机制，获取锁成功时开启一个定时任务，在锁到期前自动续期，避免超时释放。js而当服务宕机后，WatchDog跟着停止运行，不会导致死锁。
锁重入问题：可以模拟编程客栈Synchronized原理，放弃setnx，而是利用Redis的Hash结构来记录锁的持有者以及重入次数，获取锁时重入次数+1，释放锁是重入次数-1，次数为0则锁删除
主从一致性问题：可以利用Redis官网推荐的RedLock机制来解决

我们自己手写解决不仅繁琐，而且实现起来耗费时间，所以我们可以使用开源的框架来实现分布式锁。其中比较完善的一个第三方组件就是Redisson 。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持编程客栈(www.cppandroidcns.com)。

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Redis分布式锁的超时问题及解决

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