目录

序言

1 前情提要

1.1 线程锁 

1.2 进程锁 

1.3 分布式锁 

分布式锁的特性

2 方案

2.1 Redisson框架

2.1.1 框架介绍

2.1.2 使用方案：

2.2 其他方案：

2.2.1 基于SETNX命令实现

2.2.2 基于SET命令实现

2.2.3 基于RedLock实现

2.2.4 基于Lua脚本实现

---

 

序言

成功不是将来才有的，而是从决定去做的那一刻起，持续累积而成。

文章标记颜色说明：

• 黄色：重要标题
• 红色：用来标记结论
• 绿色：用来标记一级论点
• 蓝色：用来标记二级论点

1 前情提要

了解分布式锁之前，需要先了解一下

• 线程锁
• 进程锁
• CAP理论

1.1 线程锁 

线程锁：

主要用来给方法、代码块加锁。

当某个方法或代码使用锁，在同一时刻仅有一个线程执行该方法或该代码段。

线程锁只在同一JVM中有效果，因为线程锁的实现，是通过线程之间共享内存实现的，

一般实现方法：

• Synchronized
• Lock

1.2 进程锁 

进程锁：

是控制同一操作系统中多个进程访问某个共享资源

进程具有独立性，各个进程无法访问其他进程的资源，因此无法通过synchronized等线程锁实现进程锁。

1.3 分布式锁 

CAP理论：

任何一个分布式系统都无法同时满足

• 一致性（Consistency）
• 可用性（Availability）
• 分区容错性（Partition tolerance）

最多只能同时满足两项。

分布式锁：

• 分布式系统
• 不同进程
• 共同访问共享资源

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，就产生了分布式锁

分布式锁，实现的是CA

范围大小排序:

1. 分布式锁
2. 进程锁
3. 线程锁

能用线程锁，进程锁情况下，也可以使用分布式锁

能用线程锁的情况，可以使用进程锁。

范围越大技术复杂度就越大。

分布式锁的特性

• 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

2 方案

2.1 Redisson框架

2.1.1 框架介绍

Redisson是一款基于Java的Redis客户端，它封装了Redis的Java客户端Jedis、Lettuce等，并且提供了许多额外的功能，例如分布式锁、分布式集合、分布式对象、布隆过滤器等。

Redisson框架的特点：

1. 提供了丰富的API，简单易用。
2. 提供了多种数据结构的实现，如分布式锁、分布式集合、分布式Map、分布式Queue等。
3. 支持多种Redis部署方式，如单节点、主从、哨兵、集群等。
4. 提供了基于Netty的高性能的Redis连接池。
5. 提供了基于Ramp模型的分布式远程调用框架，可以方便的进行分布式服务调用。

2.1.2 使用方案：

1.引入Redisson的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.redisson</groupId>
    <artifactId>redisson</artifactId>
    <version>3.16.1</version>
</dependency>

2.创建RedissonClient对象：

Config config = new Config();
config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);

3.使用RedissonClient对象进行数据操作：

// 获取字符串对象
RBucket<String> bucket = redissonClient.getBucket("myKey");
bucket.set("myValue");

// 获取Map对象
RMap<String, String> map = redissonClient.getMap("myMap");
map.put("key1", "value1");

// 获取分布式锁对象
RLock lock = redissonClient.getLock("myLock");
lock.lock();
try {
    // do something
} finally {
    lock.unlock();
}

以上是Redisson框架的简单介绍和使用方案，更多的使用方法和功能可以参考Redisson的官方文档。

2.2 其他方案：

Redis是一种支持分布式锁实现的NoSQL数据库，以下是几种实现方案：

2.2.1 基于SETNX命令实现

通过使用Redis中的SETNX命令（即SET if Not eXists），可以实现一个简单的分布式锁。

SETNX命令是Redis中的一种原子性操作，用于将一个键值对（key-value）设置到Redis中，仅在键不存在时才会设置成功，否则设置失败。利用SETNX命令的特性，可以实现分布式锁的机制，具体步骤如下：

• 设置锁：在Redis中设置一个键值对，键为锁名称，值为一个随机生成的字符串，同时设置过期时间（防止锁一直存在，导致死锁）。可以使用以下Redis命令：

SETNX lock_name random_value
EXPIRE lock_name expire_time

• 获取锁：如果SETNX命令返回1，则说明锁设置成功，此时获取到了锁；如果返回0，则说明锁已经被其他节点持有，此时需要等待一段时间后重试获取锁。
• 释放锁：释放锁时，需要先判断当前线程持有的锁是否与之前设置的锁名称和值相同，如果相同，则通过DEL命令删除该键值对，释放锁。

if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call('del', KEYS[1])
else
    return 0
end

2.2.2 基于SET命令实现

SET命令可以实现SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]，可以设置过期时间、设置NX表示只有key不存在时才会设置，可以使用SET命令实现带有自动超时的分布式锁。

基于SET命令实现分布式锁相对于SETNX命令实现分布式锁，可以更好地控制锁的生命周期，实现更复杂的锁机制，比如锁续约（lock renewal）和锁自动释放（automatic release）等。

具体步骤如下：

1.设置锁：在Redis中设置一个键值对，键为锁名称，值为一个随机生成的字符串，同时设置过期时间（防止锁一直存在，导致死锁）。可以使用以下Redis命令：

SET lock_name random_value EX expire_time NX

参数解释：

• lock_name：锁名称
• random_value：一个随机生成的字符串，作为锁的值
• expire_time：锁的过期时间
• NX：只在键不存在时才设置成功
• EX：过期时间单位为秒

注意，这里使用了SET lock_name random_value EX expire_time NX命令，与常规的SETNX命令有所不同。

使用该命令可以将“判断键是否存在”和“设置键值对”两个操作合并成一个原子操作，避免了由于分布式环境下的并发访问导致的竞态条件。

2.获取锁：当获取锁成功后，需要开启一个循环，每隔一段时间（比如锁过期时间的1/3）重新设置锁的过期时间，防止锁因为某些原因（比如锁续约失败、节点宕机等）而过早地释放。可以使用以下Redis命令：

SET lock_name random_value EX expire_time

3.释放锁：释放锁时，需要先判断当前线程持有的锁是否与之前设置的锁名称和值相同，如果相同，则通过DEL命令删除该键值对，释放锁。

if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call('del', KEYS[1])
else
    return 0
end

需要注意的是，在实际应用中，分布式锁的实现要考虑多个并发请求和不同节点之间的竞争情况，需要进行优化和测试。

此外，为了避免因为节点宕机或其他原因导致的锁未被正常释放而引发的问题，可以考虑设置一个全局的锁超时时间，在超时后自动释放锁。

2.2.3 基于RedLock实现

RedLock是一个多节点分布式锁算法，它基于Redis和一些简单的算法来实现高可用的分布式锁。

与传统的Redis分布式锁方案相比，RedLock可以更好地应对网络故障和硬件故障等异常情况，提高系统的可用性和稳定性。

RedLock算法的基本思想是：将锁的持有和释放过程转化为一个竞争资源的问题，通过多节点协作的方式来实现锁的分配和释放。

具体步骤如下：

1. 对于要加锁的资源，计算出一个唯一的标识（比如使用hash函数将资源名称转化为一个32位整数），作为锁的名称。

2. 获取多个Redis节点的当前时间戳，并计算出一个时钟偏差（clock drift）。时钟偏差可以通过取多个Redis节点的时间戳的平均值来计算。这样可以避免不同Redis节点之间的时间不同步而导致的锁冲突问题。

3. 获取锁：对于每个Redis节点，尝试通过SET命令获取锁。如果获取锁成功，则记录锁的名称、锁的值（一个随机字符串）、过期时间以及Redis节点的标识信息（比如IP地址和端口号）。如果获取锁失败，则记录失败的节点信息。

4. 判断获取锁的结果：统计获取锁成功的节点数，并根据Quorum算法（投票算法）来判断是否获取锁成功。如果获取锁成功的节点数大于等于N/2+1（其中N为Redis节点数），则表示锁获取成功；否则，表示锁获取失败。

5. 执行结果：如果锁获取成功，则执行相应的业务逻辑；如果锁获取失败，则需要尝试在所有失败的节点中找到一个最新的锁并释放它，以避免死锁问题。

6. 释放锁：释放锁时，需要根据锁的名称和值来判断当前节点是否持有该锁。如果当前节点持有该锁，则通过DEL命令删除该键值对，释放锁。

需要注意的是，RedLock算法并不能保证绝对的可用性和正确性，仍然可能存在某些特殊情况下的锁冲突问题。

因此，在实际应用中，需要根据具体业务场景和需求来选择适合的分布式锁方案，并进行充分的测试和优化。 

2.2.4 基于Lua脚本实现

在Redis中可以使用Lua脚本来实现分布式锁，其基本思想是通过原子操作将锁的获取和释放过程合并为一个操作，保证锁的原子性和一致性。

使用Lua脚本可以在Redis中实现一个基于SET命令的分布式锁，具体实现步骤如下：

1. 生成一个随机字符串作为锁的值，以确保不同的客户端使用的锁值不同。

2. 使用SET命令将锁名作为key，锁值作为value，过期时间作为expire参数来设置锁，加上NX（Not eXist）选项，只有当key不存在时才设置成功。

3. 在Lua脚本中使用eval命令执行以下脚本：

   if redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1], 'NX', 'PX', ARGV[2]) then
       return 1
   else
       return 0
   end
   

   其中，KEYS[1]表示锁的名称，ARGV[1]表示锁的值，ARGV[2]表示锁的过期时间。

4. 结果：如果eval命令返回1，则表示获取锁成功；如果返回0，则表示获取锁失败。

5. 释放锁时，可以使用DEL命令删除锁的名称即可。

下面是一个基于Lua脚本实现分布式锁的示例代码：

-- 获取锁
if redis.call('setnx', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then
    redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2])
    return 1
else
    return 0
end

-- 释放锁
if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call('del', KEYS[1])
else
    return 0
end

上面的代码包括两个部分：获取锁和释放锁。

1. 获取锁：使用setnx命令来尝试获取锁。如果获取成功，则设置锁的过期时间，并返回1表示获取锁成功；否则，返回0表示获取锁失败。
2. 释放锁：先通过get命令获取锁的值，判断当前节点是否持有该锁。如果持有，则使用del命令删除该键值对并返回1表示释放锁成功；否则，返回0表示释放锁失败。

总结： 

需要注意的是，由于Lua脚本在Redis中是一个原子操作，因此可以保证获取锁和释放锁的操作的原子性和一致性。

但是，在高并发的情况下，仍然可能存在锁冲突的问题，因此需要根据实际业务场景来选择适合的锁方案，并进行充分的测试和优化。

参考与感谢

分布式锁，进程锁，线程锁的区别

Redis实现分布式锁方案

Redis分布式锁