關(guān)于SpringBoot 使用 Redis 分布式鎖解決并發(fā)問題
問題背景
現(xiàn)在的應(yīng)用程序架構(gòu)中,很多服務(wù)都是多副本運(yùn)行,從而保證服務(wù)的穩(wěn)定性。一個(gè)服務(wù)實(shí)例掛了,其他服務(wù)依舊可以接收請(qǐng)求。但是服務(wù)的多副本運(yùn)行隨之也會(huì)引來一些分布式問題,比如某個(gè)接口的處理邏輯是這樣的:接收到請(qǐng)求后,先查詢 DB 看是否有相關(guān)的數(shù)據(jù),如果沒有則插入數(shù)據(jù),如果有則更新數(shù)據(jù)。在這種場景下如果相同的 N 個(gè)請(qǐng)求并發(fā)發(fā)到后端服務(wù)實(shí)例,就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)插入數(shù)據(jù)的情況:

解決方案
針對(duì)上面問題,一般的解決方案是使用分布式鎖來解決。同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的話用本進(jìn)程內(nèi)的鎖即可解決,但是服務(wù)多實(shí)例部署的話是分布式的,各自進(jìn)程獨(dú)立,這種情況下可以設(shè)置一個(gè)全局獲取鎖的地方,各個(gè)進(jìn)程都可以通過某種方式獲取這個(gè)全局鎖,獲得到鎖后就可以執(zhí)行相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯代碼,沒有拿到鎖則跳過不執(zhí)行,這個(gè)全局鎖就是我們所說的分布式鎖。分布式鎖一般有三種實(shí)現(xiàn)方式:1. 數(shù)據(jù)庫樂觀鎖;2. 基于Redis的分布式鎖;3. 基于ZooKeeper的分布式鎖。
我們這里介紹如何基于 Redis 的分布式鎖來解決分布式并發(fā)問題:Redis 充當(dāng)獲取全局鎖的地方,每個(gè)實(shí)例在接收到請(qǐng)求的時(shí)候首先從 Redis 獲取鎖,獲取到鎖后執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯代碼,沒爭搶到鎖則放棄執(zhí)行。

主要實(shí)現(xiàn)原理:
Redis 鎖主要利用 Redis 的 setnx 命令:
加鎖命令:SETNX key value,當(dāng)鍵不存在時(shí),對(duì)鍵進(jìn)行設(shè)置操作并返回成功,否則返回失敗。KEY 是鎖的唯一標(biāo)識(shí),一般按業(yè)務(wù)來決定命名。Value 一般用 UUID 標(biāo)識(shí),確保鎖不被誤解。
解鎖命令:DEL key,通過刪除鍵值對(duì)釋放鎖,以便其他線程可以通過 SETNX 命令來獲取鎖。
鎖超時(shí):EXPIRE key timeout, 設(shè)置 key 的超時(shí)時(shí)間,以保證即使鎖沒有被顯式釋放,鎖也可以在一定時(shí)間后自動(dòng)釋放,避免資源被永遠(yuǎn)鎖住。
可靠性:
為了確保分布式鎖可用,我們至少要確保鎖的實(shí)現(xiàn)同時(shí)滿足以下四個(gè)條件:
- 互斥性。在任意時(shí)刻,保證只有一臺(tái)機(jī)器的一個(gè)線程可以持有鎖;
- 不會(huì)發(fā)生死鎖。即使有一個(gè)客戶端在持有鎖的期間崩潰而沒有主動(dòng)解鎖,也能保證后續(xù)其他客戶端能加鎖;
- 具備非阻塞性。一旦獲取不到鎖就立刻返回加鎖失敗;
- 加鎖和解鎖必須是同一個(gè)客戶端,客戶端自己不能把別人加的鎖給解了;
SpringBoot 集成使用 Redis 分布式鎖
寫了一個(gè) RedisLock 工具類,用于業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行前加鎖和業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行完解鎖操作。這里的加鎖操作可能實(shí)現(xiàn)的不是很完善,有加鎖和鎖過期兩個(gè)操作原子性問題,如果 SpringBoot 版本是2.x的話是可以用注釋中的代碼在加鎖的時(shí)候同時(shí)設(shè)置鎖過期時(shí)間,如果 SpringBoot 版本是2.x以下的話建議使用 Lua 腳本來確保操作的原子性,這里為了簡單就先這樣寫:
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @description: Redis分布式鎖實(shí)現(xiàn)工具類
* @author: qianghaohao
* @time: 2021/7/19
*/
@Component
public class RedisLock {
@Autowired
StringRedisTemplate redisTemplate;
/**
* 獲取鎖
*
* @param lockKey 鎖
* @param identity 身份標(biāo)識(shí)(保證鎖不會(huì)被其他人釋放)
* @param expireTime 鎖的過期時(shí)間(單位:秒)
* @return
*/
public boolean lock(String lockKey, String identity, long expireTime) {
// 由于我們目前 springboot 版本比較低,1.5.9,因此還不支持下面這種寫法
// return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, identity, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, identity)) {
redisTemplate.expire(lockKey, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
return true;
}
return false;
}
/**
* 釋放鎖
*
* @param lockKey 鎖
* @param identity 身份標(biāo)識(shí)(保證鎖不會(huì)被其他人釋放)
* @return
*/
public boolean releaseLock(String lockKey, String identity) {
String luaScript = "if " +
" redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] " +
"then " +
" return redis.call('del', KEYS[1]) " +
"else " +
" return 0 " +
"end";
DefaultRedisScript<Boolean> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
redisScript.setResultType(Boolean.class);
redisScript.setScriptText(luaScript);
List<String> keys = new ArrayList<>();
keys.add(lockKey);
Object result = redisTemplate.execute(redisScript, keys, identity);
return (boolean) result;
}
}
使用示例
這里只貼出關(guān)鍵的使用代碼,注意:鎖的 key 根據(jù)自己的業(yè)務(wù)邏輯命名,能唯一標(biāo)示同一個(gè)請(qǐng)求即可。value 這里設(shè)置為 UUID,為了確保釋放鎖的時(shí)候能正確釋放(只釋放自己加的鎖)。
@Autowired private RedisLock redisLock; // redis 分布式鎖
String redisLockKey = String.format("%s:docker-image:%s", REDIS_LOCK_PREFIX, imageVo.getImageRepository());
String redisLockValue = UUID.randomUUID().toString();
try {
if (!redisLock.lock(redisLockKey, redisLockValue, REDIS_LOCK_TIMEOUT)) {
logger.info("redisLockKey [" + redisLockKey + "] 已存在,不執(zhí)行鏡像插入和更新");
result.setMessage("新建鏡像頻繁,稍后重試,鎖占用");
return result;
}
... // 執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
catch (Execpion e) {
... // 異常處理
} finally { // 釋放鎖
if (!redisLock.releaseLock(redisLockKey, redisLockValue)) {
logger.error("釋放redis鎖 [" + redisLockKey + "] 失敗);
} else {
logger.error("釋放redis鎖 [" + redisLockKey + "] 成功");
}
}
參考文檔
https://www.jianshu.com/p/6c2f85e2c586
https://xiaomi-info.github.io/2019/12/17/redis-distributed-lock/
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