redis分布式锁的实现原理详解

首先，为了确保分布式锁可用，我们至少要确保锁的实现同时满足以下四个条件：

1.互斥性。在任意时刻，只有一个客户端能持有锁。

2.不会发生死锁。即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁，也能保证后续其他客户端能加锁。

3.具有容错性。只要大部分的Redis节点正常运行，客户端就可以加锁和解锁。

4.解铃还须系铃人。加锁和解锁必须是同一个客户端，客户端自己不能把别人加的锁给解了。

下边是代码实现，首先我们要通过Maven引入Jedis开源组件，在pom.xml文件加入下面的代码：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>3.1.0</version>
</dependency>

分布式锁实现代码，DistributedLock.java

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;
import redis.clients.jedis.Transaction;
import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
/**
 * @author swadian
 * @date 2022/3/4
 * @Version 1.0
 * @describetion Redis分布式锁原理
 */
public class DistributedLock {
    //redis连接池
    private static JedisPool jedisPool;
    static {
        JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
        // 设置最大连接数
        config.setMaxTotal(200);
        // 设置最大空闲数
        config.setMaxIdle(8);
        // 设置最大等待时间
        config.setMaxWaitMillis(1000 * 100);
        // 在borrow一个jedis实例时，是否需要验证，若为true，则所有jedis实例均是可用的
        config.setTestOnBorrow(true);
        jedisPool = new JedisPool(config, "192.168.3.27", 6379, 3000);
    }
    /**
     * 加锁
     * @param lockName       锁的key
     * @param acquireTimeout 获取锁的超时时间
     * @param timeout        锁的超时时间
     * @return 锁标识
     * Redis Setnx（SET if Not eXists） 命令在指定的 key 不存在时，为 key 设置指定的值。
     * 设置成功，返回 1 。 设置失败，返回 0 。
     */
    public String lockWithTimeout(String lockName, long acquireTimeout, long timeout) {
        Jedis jedis = null;
        String retIdentifier = null;
        try {
            // 获取连接
            jedis = jedisPool.getResource();
            // value值->随机生成一个String
            String identifier = UUID.randomUUID().toString();
            // key值->即锁名
            String lockKey = "lock:" + lockName;
            // 超时时间->上锁后超过此时间则自动释放锁 毫秒转成->秒
            int lockExpire = (int) (timeout / 1000);
            // 获取锁的超时时间->超过这个时间则放弃获取锁
            long end = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
            while (System.currentTimeMillis() < end) { //在获取锁时间内
                if (jedis.setnx(lockKey, identifier) == 1) {//关键:设置锁
                    jedis.expire(lockKey, lockExpire);
                    // 返回value值，用于释放锁时间确认
                    retIdentifier = identifier;
                    return retIdentifier;
                }
                // ttl以秒为单位返回 key 的剩余过期时间，返回-1代表key没有设置超时时间，为key设置一个超时时间
                if (jedis.ttl(lockKey) == -1) {
                    jedis.expire(lockKey, lockExpire);
                }
                try {
                    Thread.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        } catch (JedisException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
        return retIdentifier;
    }
    /**
     * 释放锁
     * @param lockName   锁的key
     * @param identifier 释放锁的标识
     * @return
     */
    public boolean releaseLock(String lockName, String identifier) {
        Jedis jedis = null;
        String lockKey = "lock:" + lockName;
        boolean retFlag = false;
        try {
            jedis = jedisPool.getResource();
            while (true) {
                // 监视lock，准备开始redis事务
                jedis.watch(lockKey);
                // 通过前面返回的value值判断是不是该锁，若是该锁，则删除，释放锁
                if (identifier.equals(jedis.get(lockKey))) {
                    Transaction transaction = jedis.multi();//开启redis事务
                    transaction.del(lockKey);
                    List<Object> results = transaction.exec();//提交redis事务
                    if (results == null) {//提交失败
                        continue;//继续循环
                    }
                    retFlag = true;//提交成功
                }
                jedis.unwatch();//解除监控
                break;
            }
        } catch (JedisException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
        return retFlag;
    }
}

为了验证它，我们创建SkillService.java业务类

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
@Slf4j
public class SkillService {
    final DistributedLock lock = new DistributedLock();
    public static final String LOCK_KEY = "lock_resource";
    int n = 500;
    /**
     * 线程业务方法
     */
    public void seckill() {
        // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
        String identifier = lock.lockWithTimeout(LOCK_KEY, 5000, 1000);
        log.info("线程:"+Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
        log.info("剩余数量:{}",--n);
        lock.releaseLock(LOCK_KEY, identifier);
    }
}

如果找不到@Slf4j日志，在pom.xml文件加入下面的代码：

<!--@Slf4j日志依赖组件-->
  <dependency>
      <groupId>org.projectlombok</groupId>
      <artifactId>lombok</artifactId>
</dependency>

编辑一个测试类TestLock.java

/**
 * @author swadian
 * @date 2022/3/4
 * @Version 1.0
 */
public class TestLock {
    public static void main(String[] args) {
        SkillService service = new SkillService();
        for (int i = 10; i < 60; i++) { //开50个线程
            SkillThread skillThread = new SkillThread(service, "skillThread->" + i);
            skillThread.start();
        }
    }
}
class SkillThread extends Thread {
    private SkillService skillService;
    public SkillThread(SkillService skillService, String skillThreadName) {
        super(skillThreadName);
        this.skillService = skillService;
    }
    @Override
    public void run() {
        skillService.seckill();
    }
}

测试结果显示，加锁后剩余数量全部是顺序串行的，499,498,497...

我们修改SkillService.java业务类，注释掉加锁逻辑

@Slf4j
public class SkillService {
    final DistributedLock lock = new DistributedLock();
    public static final String LOCK_KEY = "lock_resource";
    int n = 500;
    /**
     * 线程业务方法
     */
    public void seckill() {
        // 返回锁的value值，供释放锁时候进行判断
        //String identifier = lock.lockWithTimeout(LOCK_KEY, 5000, 1000);
        log.info("线程:"+Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
        log.info("剩余数量:{}",--n);
        //lock.releaseLock(LOCK_KEY, identifier);
    }
}

重新执行测试，注释掉加锁逻辑后，剩余数量全部是乱序的，472,454,452...

总结

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