Redis上实现分布式锁以提高性能的方案研究

背景：

在很多互联网产品应用中，有些场景需要加锁处理，比如：秒杀，全局递增ID，楼层生成等等。大部分是解决方案基于DB实现的，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。

项目实践

任务队列用到分布式锁的情况比较多，在将业务逻辑中可以异步处理的操作放入队列，在其他线程中处理后出队，此时队列中使用了分布式锁，保证入队和出队的一致性。关于redis队列这块的逻辑分析，我将在下一次对其进行总结，此处先略过。

接下来对redis实现的分布式锁的逻辑代码进行详细的分析和理解：

1、为避免特殊原因导致锁无法释放, 在加锁成功后, 锁会被赋予一个生存时间(通过 lock 方法的参数设置或者使用默认值), 超出生存时间锁将被自动释放.

2、锁的生存时间默认比较短(秒级, 具体见 lock 方法), 因此若需要长时间加锁, 可以通过 expire 方法延长锁的生存时间为适当的时间. 比如在循环内调用 expire
3、系统级的锁当进程无论因为任何原因出现crash，操作系统会自己回收锁，所以不会出现资源丢失。
4、但分布式锁不同。若一次性设置很长的时间，一旦由于各种原因进程 crash 或其他异常导致 unlock 未被调用，则该锁在剩下的时间就变成了垃圾锁，导致其他进程或进程重启后无法进入加锁区域。

<?php

require_once 'RedisFactory.php';

/**
* 在 Redis 上实现的分布式锁
*/
class RedisLock {

//单例模式
  private static $_instance = null;
  public static function instance() {
    if(self::$_instance == null) {
      self::$_instance = new RedisLock();
    }
    return self::$_instance;
  }

//redis对象变量
  private $redis;

//存放被锁的标志名的数组
  private $lockedNames = array();

  public function __construct() {

//获取一个 RedisString 实例
    $this->redis = RedisFactory::instance()->getString();
  }

/** 

* 加锁

*

* @param string 锁的标识名

* @param int 获取锁失败时的等待超时时间(秒), 在此时间之内会一直尝试获取锁直到超时. 为 0 表示失败后直接返回不等待

* @param int 当前锁的最大生存时间(秒), 必须大于 0 . 如果超过生存时间后锁仍未被释放, 则系统会自动将其强制释放

* @param int 获取锁失败后挂起再试的时间间隔(微秒)

*/
  public function lock($name, $timeout = 0, $expire = 15, $waitIntervalUs = 100000) {
    if(empty($name)) return false;

    $timeout = (int)$timeout;
    $expire = max((int)$expire, 5);
    $now = microtime(true);
    $timeoutAt = $now + $timeout;
    $expireAt = $now + $expire;

    $redisKey = "Lock:$name";
    while(true) {
      $result = $this->redis->setnx($redisKey, (string)$expireAt);
      if($result !== false) {

//对$redisKey设置生存时间
        $this->redis->expire($redisKey, $expire);

//将最大生存时刻记录在一个数组里面
        $this->lockedNames[$name] = $expireAt;
        return true;
      }

//以秒为单位，返回$redisKey 的剩余生存时间
      $ttl = $this->redis->ttl($redisKey);

// TTL 小于 0 表示 key 上没有设置生存时间(key 不会不存在, 因为前面 setnx 会自动创建)

// 如果出现这种情况, 那就是进程在某个实例 setnx 成功后 crash 导致紧跟着的 expire 没有被调用. 这时可以直接设置 expire 并把锁纳为己用
      if($ttl < 0) {
        $this->redis->set($redisKey, (string)$expireAt, $expire);
        $this->lockedNames[$name] = $expireAt;
        return true;
      }

// 设置了不等待或者已超时
      if($timeout <= 0 || microtime(true) > $timeoutAt) break;

// 挂起一段时间再试
      usleep($waitIntervalUs);
    }

    return false;
  }

/**

* 给当前锁增加指定的生存时间(秒), 必须大于 0

*

* @param string 锁的标识名

* @param int 生存时间(秒), 必须大于 0

*/
  public function expire($name, $expire) {
    if($this->isLocking($name)) {
      if($this->redis->expire("Lock:$name", max($expire, 1))) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }

/**

* 判断当前是否拥有指定名称的锁

*

* @param mixed $name

*/
  public function isLocking($name) {
    if(isset($this->lockedNames[$name])) {
      return (string)$this->lockedNames[$name] == (string)$this->redis->get("Lock:$name");
    }
    return false;
  }

/**

* 释放锁

*

* @param string 锁的标识名

*/
  public function unlock($name) {
    if($this->isLocking($name)) {
      if($this->redis->deleteKey("Lock:$name")) {
        unset($this->lockedNames[$name]);
        return true;
      }
    }
    return false;
  }

/** 释放当前已经获取到的所有锁 */
  public function unlockAll() {
    $allSuccess = true;
    foreach($this->lockedNames as $name => $item) {
      if(false === $this->unlock($name)) {
        $allSuccess = false;
      }
    }
    return $allSuccess;
  }
}

此类很多代码都写上了注释，只要认真理解下，就很容易懂得如何在redis实现分布式锁了。