Redis实现分布式锁源码分析

为什么使用分布式锁

单机环境并发时，使用synchronized或lock接口可以保证线程安全，但它们是jvm层面的锁，分布式环境并发时，100个并发的线程可能来自10个服务节点，那就是跨jvm了。

简单分布式锁实现

SETNX
格式：setnx key value
当且仅当key不存在时，key能设置成功并返回1，否则返回0。
SETNX即SET if Not eXists 如果不存在。

SETNX存在的问题

高并发场景下，有可能存在key自动过期了，加锁的线程还未执行完成的情况。此时线程2加锁进来了，且刚好线程1执行完了，线程1会把线程2刚刚创建的锁删掉，导致后面进来了更多的线程。【自己加的锁被别人删除了】

解决方案：给每个加锁的key生成一个唯一的UUID作为value，删除之前，从redis拿出来的UUID与当前线程一致才能删除key。


然而finally依然存在问题，因为释放锁的代码不是原子操作。【超时零界点】，在判断uuid相同后，且还未删除key前，此时key超时了，其他线程加锁成功，当前线程执行delete命令时，删除的依然是其他线程加的锁。

以上问题均是由于锁的时间不够长导致，接下来的解决方案是【锁续命】

锁续命

原理：线程1加锁成功后，再创建一个线程，使用定时任务来监控锁剩余时间。定时任务执行的周期必须小于锁的超时时间。比如锁超时时间默认设置为30秒，那么该线程每10秒执行一次，给锁重新设置超时时间为30秒， 保证主线程删除锁时，是自己加的锁。如果主线程已释放锁，子线程执行定时任务时会先判断主线程加的key是否还存在。 目前市面上已有成熟的解决方案，如redisson，它适用于分布式各种场景。参考redisson帮助文档

Redisson续命锁流程

引入redisson的依赖包

<dependency>
   <groupId>org.redisson</groupId>
   <artifactId>redisson</artifactId>
   <version>3.27.2</version>
</dependency>  

创建一个Redisson的bean注册到Spring容器中

//获取锁对象
RLock redissonLock = redisson.getLock(lockKey);
//加分布式锁
redissonLock.lock();
........
//解锁
redissonLock.unlock(); 

Redisson加锁源码

底层是基于lua脚本实现，它能保证原子性。因为Redis服务端执行命令是单线程的，读到这一块lua代码会将它当成一个整体执行完，再去执行下一条命令。

第一步：通过lua脚本加锁成后，返回null，加锁失败返回锁剩余时间。
hset key field value 通过hash结构设置field为UUID+线程ID，value是1，表示重入次数。 key是构建锁时传入的redisson.getLock(lockKey); 锁超时时间默认是30秒。

第二步：看门狗机制给锁续命
Future模式异步执行lua脚本加锁，加锁成功后回调Future的监听器获取加锁结果。 加锁的lua脚本执行成功后返回null，则进入scheduleExpireRenewal()方法定时的给锁重置超时时间。

创建一个TimeTask延时任务，10秒后才执行run()方法，lua脚本判断锁存在则重设锁的超时时间为30秒。它同样是使用的Future模式，下面添加了一个监听，重置结束后，会回调监听器，监听器拿到结果再回调scheduleExpireRenewal()方法本身。

第三步：加锁失败的线程自旋等待

1. 加锁失败后，先订阅该key的channel通道消息，类似于一个队列或topic，当锁在过期之前释放了，需要唤醒等待的线程竞争锁。
2. 进入while(true)自旋加锁。先尝试一次加锁，成功则退出循环，失败则获取Semaphore调用tryAcquire()等待ttl秒后，重新进入while(true)尝试获取锁。如果1000个线程同时结束等待，就会一起抢锁，所以该锁是非公平锁。
   
   
   第四步：释放锁时，发布该key的channel消息，通知等待的线程竞争锁。
   一旦channel中有消息后，会执行LockPubSub.onMessage()方法，获取一个Semaphora信号量释放等待的线程，让他们竞争锁。
   
   

总结：redisson的架构设计涉及到Future，自旋锁，看门狗机制，发布订阅，lua脚本，semaphore等技术。
它的lock()接口实现的是非公平锁。tryAcquire()加锁成功后，继续执行业务代码。其他线程拿锁时返回锁剩余的时间ttl，判断ttl大于0，则使用Semaphore.getLatch().tryAcquire()，等到超时时间结束后再去抢锁。如果ttl还没有变为0，此时锁已释放，主线程会向指定的channel发送一条消息，等待的线程会订阅这个消息LockPubSub.onMessage()，拿到释放锁的消息后调用Semaphore.getLatch().release()，唤醒阻塞的线程立刻抢锁。
主线程给锁续命使用的是Future机制，异步开启了一个线程，每隔10秒嵌套调用重设锁时间的方法。

lua脚本