Redis分布式锁讲解

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。

分布式锁是”线程同步”的延续

最近首度应用”分布式锁”，现在想想，分布式锁不是孤立的技能点，这其实就是跨主机的线程同步。

单机服务器可以通过共享某堆内存来标记上锁/解锁，线程同步说到底是建立在单机操作系统的用户态/内核态对共享内存的访问控制。

而分布式服务器不是在同一台机器上：跨主机，因此需要将锁标记存储在所有机器进程都能看到的地方。

在开发很多业务场景会使用到锁，例如库存控制，抽奖等。

例如库存只剩1个商品，有三个用户同时打算购买，谁先购买库存立即清零，不能让其他二人也购买成功。

解读分布式锁

我们常说的线程安全、线程同步方案，包括此次的分布式锁都是基于

“多线程/多进程对特定资源同时有更新操作”。

基本考量

1. 分布式系统，一个锁在同一时间只能被一个服务器获取 (这是分布式锁的基础)
2. 具备锁失效机制，防止死锁 (防止某些意外，锁没有得到释放，别人也无法得到锁)

Redis SET resource-name anystring NX EX max-lock-time

是一种最简单的分布式锁实现方案。

SET 命令支持多个参数：

• EX seconds– 设置过期时间(s)
• NX — 如果key不存在，则设置 ……

因为SET命令参数可以替代SETNX，SETEX，GETSET，这些命令在未来可能被废弃。

上面的命令返回OK(或经过重试)，客户端就获取到这个锁;

使用DEL命令解锁;到达超时时间会自动释放锁。

在解锁时，增加一些设计，让系统更加健壮：

3.不要使用固定的String值作为锁标记值，而是使用一个不易被猜中的随机值， 业内称为token

4.不使用DEL命令释放锁，而是发送script去移除key

第3、4点是为了解决 ：“锁提前过期，客户端A还没有执行完，然后客户端B获取了锁，这时客户端A执行完了，会不会在删锁的时候把B的锁给删掉” — 4是3技术上的推荐实现。

脚本如下：

if redis.call("get",KEYS1] ==ARGV[1])
then
  return  redis.call("DEL",KEYS[1])
else
 return 0
end

下面使用StackExchange.Redis 写了基于以上考量的代码示例：

///  
/// Acquires the lock.
///  
///  
/// 随机值
///  
/// 非阻塞锁
static bool Lock(string key, string token,int expireSecond=10, double waitLockSeconds = 0)
{
   var waitIntervalMs = 50;
   bool isLock;
           
   DateTime begin = DateTime.Now;
   do
   {
        isLock = Connection.GetDatabase().StringSet(key, token, TimeSpan.FromSeconds(expireSecond), When.NotExists);
        if (isLock)
            return true;
            //不等待锁则返回
            if (waitLockSeconds == 0) break;
            //超过等待时间，则不再等待
            if ((DateTime.Now - begin).TotalSeconds >= waitLockSeconds) break;
            Thread.Sleep(waitIntervalMs);
    } while (!isLock);
    return false;
}
       
///    
/// Releases the lock.  
///    
/// true, if lock was released, false otherwise.  
/// Key.  
/// value  
static bool UnLock(string key, string value)
{
   string lua_script = @"  
   if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then  
        redis.call('DEL', KEYS[1])  
         return true  
         else  
         return false  
       end  
     ";
    try
    {
         var res = Connection.GetDatabase().ScriptEvaluate(lua_script,
                                                          new RedisKey[] { key },
                                                          new RedisValue[] { value });
           return (bool)res;
     }
    catch (Exception ex)
    {
         Console.WriteLine($"ReleaseLock lock fail...{ex.Message}");
         return false;
    }
}
       
       private static Lazy lazyConnection = new Lazy(() =>
       {
           ConfigurationOptions configuration = new ConfigurationOptions
           {
               AbortOnConnectFail = false,
               ConnectTimeout = 5000,
           };
           configuration.EndPoints.Add("10.100.219.9", 6379);
           return ConnectionMultiplexer.Connect(configuration.ToString());
       });  
       public static ConnectionMultiplexer Connection => lazyConnection.Value;

以上代码新增了第五点考量：

\5. 为避免无限制抢锁，增加了非阻塞锁：轮询_s等待锁，未等到则不再抢锁

使用方式：

下面并行开启三个任务，同时减少库存：

static void Main(string[] args)
{
    // 尝试并行执行3个任务
    Parallel.For(0, 3, x =>
    {
          string token = $"loki:{x}";
          bool isLocked = Lock("loki", token, 5, 10);
           
          if (isLocked)
          {
              Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks (with lock) at {DateTime.Now}.");
              Thread.Sleep(1000);
              Console.WriteLine($"{token} release lock {UnLock("loki", token)} at {DateTime.Now}. ");
          }
          else
          {
            Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks at {DateTime.Now}.");
          }
      });
}

可以看到三个并行任务依次获取/释放锁

输出总结

本文从基础的线程安全、线程同步，认识到分布式锁是跨主机的资源线程/进程同步方案， 以步步为营的风格 演示了RedisSET命令做分布式锁的设计考量，好记性不如烂笔头。

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