Redis分布式锁

分布式锁也算是 Redis 比较常见的使用场景。问题场景：

例如一个简单的用户操作，一个线城去修改用户的状态，首先从数据库中读出用户的状态，然后在内存中进行修改，修改完成后，再存回去。在单线程中，这个操作没有问题，但是在多线程中，由于读取、修改、存这是三个操作，不是原子操作，所以在多线程中，这样会出问题。对于这种问题，我们可以使用分布式锁来限制程序的并发执行。

1, 基本用法

分布式锁实现的思路很简单，就是进来一个线程先占位，当别的线程进来操作时，发现已经有人占位了，就会放弃或者稍后再试。在 Redis 中，占位一般使用 setnx 指令，先进来的线城先占位，线城的操作执行完成后，再调用 del 指令释放位子。根据上面的思路，我们写出的代码如下：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
                //没人占位
                jedis.set("name", "javaboy");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//释放资源
           }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
           }
       });
   }
}

上面的代码存在一个小小问题：如果代码业务执行的过程中抛异常或者挂了，这样会导致 del 指令没有被调用，这样，k1 无法释放，后面来的请求全部堵塞在这里，锁也永远得不到释放。要解决这个问题，我们可以给锁添加一个过期时间，确保锁在一定的时间之后，能够得到释放。改进后的代码如下：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
                //给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
                jedis.expire("k1", 5);
                //没人占位
                jedis.set("name", "javaboy");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//释放资源
           }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
           }
       });
   }
}

这样改造之后，还有一个问题，就是在获取锁和设置过期时间之间如果如果服务器突然挂掉了，这个时候锁被占用，无法及时得到释放，也会造成死锁，因为获取锁和设置过期时间是两个操作，不具备原子性。为了解决这个问题，从 Redis2.8 开始，setnx 和 expire 可以通过一个命令一起来执行了，我们对上述代码再做改进：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            String set = jedis.set("k1", "v1", new SetParams().nx().ex(5));
            if (set !=null && "OK".equals(set)) {
                //给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
                jedis.expire("k1", 5);
                //没人占位
                jedis.set("name", "javaboy");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//释放资源
           }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
           }
       });
   }
}

2, 解决超时问题

为了防止业务代码在执行的时候抛出异常，我们给每一个锁添加了一个超时时间，超时之后，锁会被自动释放，但是这也带来了一个新的问题：如果要执行的业务非常耗时，可能会出现紊乱。

举个例子：第一个线程首先获取到锁，然后开始执行业务代码，但是业务代码比较耗时，执行了 8 秒，这样，会在第一个线程的任务还未执行成功锁就会被释放了，此时第二个线程会获取到锁开始执行，在第二个线程刚执行了 3 秒，第一个线程也执行完了，此时第一个线程会释放锁，但是注意，它释放的第二个线程的锁，释放之后，第三个线程进来。

对于这个问题，我们可以从两个角度入手：

尽量避免在获取锁之后，执行耗时操作。
可以在锁上面做文章，将锁的 value 设置为一个随机字符串，每次释放锁的时候，都去比较随机字符串是否一致，如果一致，再去释放，否则，不释放。对于第二种方案，由于释放锁的时候，要去查看锁的 value，第二个比较 value 的值是否正确，第三步释放锁，有三个步骤，很明显三个步骤不具备原子性，为了解决这个问题，我们得引入 Lua 脚本。

Lua 脚本的优势：

使用方便，Redis 中内置了对 Lua 脚本的支持。
Lua 脚本可以在 Redis 服务端原子的执行多个 Redis 命令。

在 Redis 中，使用 Lua 脚本，大致上两种思路：

提前在 Redis 服务端写好 Lua 脚本，然后在 Java 客户端去调用脚本（推荐）。
可以直接在 Java 端去写 Lua 脚本，写好之后，需要执行时，每次将脚本发送到 Redis 上去执行。首先在 Redis 服务端创建 Lua 脚本，内容如下：

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

接下来，可以给 Lua 脚本求一个 SHA1 和，命令如下：

1	cat lua/releasewherevalueequal.lua \| redis-cli -a javaboy script load --pipe

script load 这个命令会在 Redis 服务器中缓存 Lua 脚本，并返回脚本内容的 SHA1 校验和，然后在 Java 端调用时，传入 SHA1 校验和作为参数，这样 Redis 服务端就知道执行哪个脚本了。接下来，在 Java 端调用这个脚本。

public class LuaTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            redis.execute(jedis -> {
                //1.先获取一个随机字符串
                String value = UUID.randomUUID().toString();
                //2.获取锁
                String k1 = jedis.set("k1", value, new SetParams().nx().ex(5));
                //3.判断是否成功拿到锁
                if (k1 != null && "OK".equals(k1)) {
                    //4. 具体的业务操作
                    jedis.set("site", "www.javaboy.org");
                    String site = jedis.get("site");
                    System.out.println(site);
                    //5.释放锁
                    jedis.evalsha("b8059ba43af6ffe8bed3db65bac35d452f8115d8", 
Arrays.asList("k1"), Arrays.asList(value));
               } else {
                    System.out.println("没拿到锁");
               }
           });
       }
   }
}

一下代码是对随机数锁加lua脚本的场景考验代码

//分布式锁应用
public class LockTest implements Runnable{

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new LockTest());
        thread1.start();
        try {
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Thread thread2 = new Thread(new LockTest());
        thread2.start();
    }


    @Override
    public void run() {
        //创建连接池对象
        Redis redis=new Redis();
        //lambda表达式
        redis.execute(jedis->{
            //生成锁的uuid
            String value = UUID.randomUUID().toString();
            //获取锁                      k       v      setnx和expire一起调用  redis2.8开始支持
            String lock = jedis.set("lock", value, new SetParams().nx().ex(5L));
            //判断有没有拿到锁
            if ("OK".equals(lock)){
                //书写业务代码
                jedis.set("project",value);
                String v = jedis.get("project");
                System.out.println("v = " + v);
                //调用lua脚本
                /*
                redis.call调用redis的命令行
                KEYS[1]  为传递的keys的第一个参数  下标从1开始
                ARGV[1]  为传递的其他参数          下标从1开始
                if redis.call("get",KEYS[1])==ARGV[1]  then
                    return redis.call("del",KEYS[1])
                else
                    return 0
                end
                * */
                //调用lua脚本        SHA1校验和 相当于这个脚本的唯一标识码            KEYS                    ARGV
                //jedis.evalsha("b8059ba43af6ffe8bed3db65bac35d452f8115d8", Arrays.asList("lock"),Arrays.asList(value));
                //线程休眠8秒
                Thread.sleep(6500);
                //将脚本以字符串拼接的方式执行
                jedis.eval("if redis.call(\"get\",KEYS[1])==ARGV[1]  then\n" +
                        "                    return redis.call(\"del\",KEYS[1])\n" +
                        "                else\n" +
                        "                    return 0\n" +
                        "                end",Arrays.asList("lock"),Arrays.asList(value));
            }else {
                System.out.println("没有拿到锁");
            }
        });
    }
}