Redis中Redisson紅鎖(Redlock)使用原理
簡介
說明
本文介紹為什么要使用Redis的紅鎖(Redlock)、什么是Redis的紅鎖以及Redis紅鎖的原理。
本文用Redisson來介紹Redis紅鎖的用法。
Redisson 高版本會根據(jù)redisClient的模式來決定getLock返回的鎖類型,如果集群模式,滿足紅鎖的條件,則會直接返回紅鎖。
官網(wǎng)
REDIS distlock -- Redis中國用戶組(CRUG)
為什么使用Redis的紅鎖
主從結(jié)構(gòu)分布式鎖的問題
實(shí)現(xiàn)Redis分布式鎖的最簡單的方法就是在Redis中創(chuàng)建一個(gè)key,這個(gè)key有一個(gè)失效時(shí)間(TTL),以保證鎖最終會被自動(dòng)釋放掉。當(dāng)客戶端釋放資源(解鎖)的時(shí)候,會刪除掉這個(gè)key。
從表面上看似乎效果不錯(cuò),但有一個(gè)嚴(yán)重的單點(diǎn)失敗問題:如果Redis掛了怎么辦?你可能會說,可以通過增加一個(gè)slave節(jié)點(diǎn)解決這個(gè)問題。但這通常是行不通的。這樣做,我們不能實(shí)現(xiàn)資源的獨(dú)享,因?yàn)镽edis的主從同步通常是異步的。
在這種場景(主從結(jié)構(gòu))中存在明顯的競態(tài):
- 客戶端A從master獲取到鎖
- 在master將鎖同步到slave之前,master宕掉了。
- slave節(jié)點(diǎn)被晉級為master節(jié)點(diǎn)
- 客戶端B從新的master獲取到鎖
- 這個(gè)鎖對應(yīng)的資源之前已經(jīng)被客戶端A已經(jīng)獲取到了。安全失效!
有時(shí)候程序就是這么巧,比如說正好一個(gè)節(jié)點(diǎn)掛掉的時(shí)候,多個(gè)客戶端同時(shí)取到了鎖。如果你可以接受這種小概率錯(cuò)誤,那用這個(gè)基于復(fù)制的方案就完全沒有問題。否則的話,我們建議你實(shí)現(xiàn)下面描述的解決方案。
解決方案:使用紅鎖
簡介
Redis中針對此種情況,引入了紅鎖的概念。紅鎖采用主節(jié)點(diǎn)過半機(jī)制,即獲取鎖或者釋放鎖成功的標(biāo)志為:在過半的節(jié)點(diǎn)上操作成功。
原理
在Redis的分布式環(huán)境中,我們假設(shè)有N個(gè)Redis master。這些節(jié)點(diǎn)完全互相獨(dú)立,不存在主從復(fù)制或者其他集群協(xié)調(diào)機(jī)制。之前我們已經(jīng)描述了在Redis單實(shí)例下怎么安全地獲取和釋放鎖。我們確保將在每(N)個(gè)實(shí)例上使用此方法獲取和釋放鎖。在這個(gè)樣例中,我們假設(shè)有5個(gè)Redis master節(jié)點(diǎn),這是一個(gè)比較合理的設(shè)置,所以我們需要在5臺機(jī)器上面或者5臺虛擬機(jī)上面運(yùn)行這些實(shí)例,這樣保證他們不會同時(shí)都宕掉。
為了取到鎖,客戶端應(yīng)該執(zhí)行以下操作:
- 獲取當(dāng)前Unix時(shí)間,以毫秒為單位。
- 依次嘗試從N個(gè)實(shí)例,使用相同的key和隨機(jī)值獲取鎖。
- 向Redis設(shè)置鎖時(shí),客戶端應(yīng)該設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接和響應(yīng)超時(shí)時(shí)間,這個(gè)超時(shí)時(shí)間應(yīng)該小于鎖的失效時(shí)間。
- 例如你的鎖自動(dòng)失效時(shí)間為10秒,則超時(shí)時(shí)間應(yīng)該在5-50毫秒之間。這樣可以避免服務(wù)器端Redis已經(jīng)掛掉的情況下,客戶端還在死死地等待響應(yīng)結(jié)果。如果服務(wù)器端沒有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)響應(yīng),客戶端應(yīng)該盡快嘗試另外一個(gè)Redis實(shí)例。
- 客戶端使用當(dāng)前時(shí)間減去開始獲取鎖時(shí)間(步驟1記錄的時(shí)間)得到獲取鎖使用的時(shí)間。
- 僅當(dāng)從大多數(shù)(這里是3個(gè)節(jié)點(diǎn))的Redis節(jié)點(diǎn)都取到鎖,且使用的時(shí)間小于鎖失效時(shí)間時(shí),鎖才算獲取成功。
- 如果取到了鎖,key的真正有效時(shí)間等于有效時(shí)間減去獲取鎖所使用的時(shí)間(步驟3計(jì)算的結(jié)果)。
- 如果因?yàn)槟承┰?,獲取鎖失?。]有在至少N/2+1個(gè)Redis實(shí)例取到鎖或者取鎖時(shí)間已經(jīng)超過了有效時(shí)間),客戶端應(yīng)該在所有的Redis實(shí)例上進(jìn)行解鎖(即便某些Redis實(shí)例根本就沒有加鎖成功)。
Redisson紅鎖實(shí)例
官網(wǎng)
官方github:8. 分布式鎖和同步器 · redisson/redisson Wik
基于Redis的Redisson紅鎖RedissonRedLock對象實(shí)現(xiàn)了Redlock介紹的加鎖算法。該對象也可以用來將多個(gè)RLock對象關(guān)聯(lián)為一個(gè)紅鎖,每個(gè)RLock對象實(shí)例可以來自于不同的Redisson實(shí)例。
RLock lock1 = redissonInstance1.getLock("lock1");
RLock lock2 = redissonInstance2.getLock("lock2");
RLock lock3 = redissonInstance3.getLock("lock3");
RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
// 同時(shí)加鎖:lock1 lock2 lock3
// 紅鎖在大部分節(jié)點(diǎn)上加鎖成功就算成功。
lock.lock();
...
lock.unlock();
大家都知道,如果負(fù)責(zé)儲存某些分布式鎖的某些Redis節(jié)點(diǎn)宕機(jī)以后,而且這些鎖正好處于鎖住的狀態(tài)時(shí),這些鎖會出現(xiàn)鎖死的狀態(tài)。為了避免這種情況的發(fā)生,Redisson內(nèi)部提供了一個(gè)監(jiān)控鎖的看門狗,它的作用是在Redisson實(shí)例被關(guān)閉前,不斷的延長鎖的有效期。默認(rèn)情況下,看門狗的檢查鎖的超時(shí)時(shí)間是30秒鐘,也可以通過修改Config.lockWatchdogTimeout來另行指定。
另外Redisson還通過加鎖的方法提供了leaseTime的參數(shù)來指定加鎖的時(shí)間。超過這個(gè)時(shí)間后鎖便自動(dòng)解開了。
RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3); // 給lock1,lock2,lock3加鎖,如果沒有手動(dòng)解開的話,10秒鐘后將會自動(dòng)解開 lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS); // 為加鎖等待100秒時(shí)間,并在加鎖成功10秒鐘后自動(dòng)解開 boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS); ... lock.unlock();
Redisson紅鎖原理
RedissonRedLock extends RedissonMultiLock,所以實(shí)際上,redLock.tryLock實(shí)際調(diào)用:org.redisson.RedissonMultiLock.java#tryLock(),進(jìn)而調(diào)用到其同類的tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) ,入?yún)椋簍ryLock(-1, -1, null)
org.redisson.RedissonMultiLock.java#tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit)源碼如下:
final List<RLock> locks = new ArrayList<>();
?
/**
?* Creates instance with multiple {@link RLock} objects.
?* Each RLock object could be created by own Redisson instance.
?*
?* @param locks - array of locks
?*/
public RedissonMultiLock(RLock... locks) {
?? ?if (locks.length == 0) {
?? ??? ?throw new IllegalArgumentException("Lock objects are not defined");
?? ?}
?? ?this.locks.addAll(Arrays.asList(locks));
}
?
public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
? ? long newLeaseTime = -1;
? ? if (leaseTime != -1) {
? ? ? ? newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime)*2;
? ? }
? ??
? ? long time = System.currentTimeMillis();
? ? long remainTime = -1;
? ? if (waitTime != -1) {
? ? ? ? remainTime = unit.toMillis(waitTime);
? ? }
? ? long lockWaitTime = calcLockWaitTime(remainTime);
? ? /**
? ? ?* 1. 允許加鎖失敗節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)限制(N-(N/2+1))
? ? ?*/
? ? int failedLocksLimit = failedLocksLimit();
? ? /**
? ? ?* 2. 遍歷所有節(jié)點(diǎn)通過EVAL命令執(zhí)行l(wèi)ua加鎖
? ? ?*/
? ? List<RLock> acquiredLocks = new ArrayList<>(locks.size());
? ? for (ListIterator<RLock> iterator = locks.listIterator(); iterator.hasNext();) {
? ? ? ? RLock lock = iterator.next();
? ? ? ? boolean lockAcquired;
? ? ? ? /**
? ? ? ? ?* ?3.對節(jié)點(diǎn)嘗試加鎖
? ? ? ? ?*/
? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
? ? ? ? ? ? ? ? lockAcquired = lock.tryLock();
? ? ? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? ? ? long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime);
? ? ? ? ? ? ? ? lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? } catch (RedisResponseTimeoutException e) {
? ? ? ? ? ? // 如果拋出這類異常,為了防止加鎖成功,但是響應(yīng)失敗,需要解鎖所有節(jié)點(diǎn)
? ? ? ? ? ? unlockInner(Arrays.asList(lock));
? ? ? ? ? ? lockAcquired = false;
? ? ? ? } catch (Exception e) {
? ? ? ? ? ? // 拋出異常表示獲取鎖失敗
? ? ? ? ? ? lockAcquired = false;
? ? ? ? }
? ? ? ??
? ? ? ? if (lockAcquired) {
? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ?*4. 如果獲取到鎖則添加到已獲取鎖集合中
? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? acquiredLocks.add(lock);
? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ?* 5. 計(jì)算已經(jīng)申請鎖失敗的節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)到達(dá) 允許加鎖失敗節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)限制 (N-(N/2+1))
? ? ? ? ? ? ?* 如果已經(jīng)到達(dá), 就認(rèn)定最終申請鎖失敗,則沒有必要繼續(xù)從后面的節(jié)點(diǎn)申請了
? ? ? ? ? ? ?* 因?yàn)?Redlock 算法要求至少N/2+1 個(gè)節(jié)點(diǎn)都加鎖成功,才算最終的鎖申請成功
? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? if (locks.size() - acquiredLocks.size() == failedLocksLimit()) {
? ? ? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? ? ? }
?
? ? ? ? ? ? if (failedLocksLimit == 0) {
? ? ? ? ? ? ? ? unlockInner(acquiredLocks);
? ? ? ? ? ? ? ? if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? return false;
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? failedLocksLimit = failedLocksLimit();
? ? ? ? ? ? ? ? acquiredLocks.clear();
? ? ? ? ? ? ? ? // reset iterator
? ? ? ? ? ? ? ? while (iterator.hasPrevious()) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? iterator.previous();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? ? ? failedLocksLimit--;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
?
? ? ? ? /**
? ? ? ? ?* 6.計(jì)算 目前從各個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取鎖已經(jīng)消耗的總時(shí)間,如果已經(jīng)等于最大等待時(shí)間,則認(rèn)定最終申請鎖失敗,返回false
? ? ? ? ?*/
? ? ? ? if (remainTime != -1) {
? ? ? ? ? ? remainTime -= System.currentTimeMillis() - time;
? ? ? ? ? ? time = System.currentTimeMillis();
? ? ? ? ? ? if (remainTime <= 0) {
? ? ? ? ? ? ? ? unlockInner(acquiredLocks);
? ? ? ? ? ? ? ? return false;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? }
?
? ? if (leaseTime != -1) {
? ? ? ? List<RFuture<Boolean>> futures = new ArrayList<>(acquiredLocks.size());
? ? ? ? for (RLock rLock : acquiredLocks) {
? ? ? ? ? ? RFuture<Boolean> future = ((RedissonLock) rLock).expireAsync(unit.toMillis(leaseTime), TimeUnit.MILLISECONDS);
? ? ? ? ? ? futures.add(future);
? ? ? ? }
? ? ? ??
? ? ? ? for (RFuture<Boolean> rFuture : futures) {
? ? ? ? ? ? rFuture.syncUninterruptibly();
? ? ? ? }
? ? }
?
? ? /**
? ? ?* 7.如果邏輯正常執(zhí)行完則認(rèn)為最終申請鎖成功,返回true
? ? ?*/
? ? return true;
}參考文章
到此這篇關(guān)于Redis中Redisson紅鎖(Redlock)使用原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis Redisson紅鎖內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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