淺析Redis中紅鎖RedLock的實(shí)現(xiàn)原理

更新時(shí)間：2024年02月28日 09:35:06 作者：Java中文社群

RedLock?是一種分布式鎖的實(shí)現(xiàn)算法,由?Redis?的作者?Salvatore?Sanfilippo（也稱為?Antirez）提出,本文主要為大家詳細(xì)介紹了紅鎖RedLock的實(shí)現(xiàn)原理,感興趣的可以了解下

RedLock 是一種分布式鎖的實(shí)現(xiàn)算法，由 Redis 的作者 Salvatore Sanfilippo（也稱為 Antirez）提出，主要用于解決在分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)可靠鎖的問題。在 Redis 單獨(dú)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，RedLock 使用了多個(gè)獨(dú)立的 Redis 實(shí)例（通常建議是奇數(shù)個(gè)，比如 5 個(gè)），共同協(xié)作來提供更強(qiáng)健的分布式鎖服務(wù)。

RedLock 算法旨在解決單個(gè) Redis 實(shí)例作為分布式鎖時(shí)可能出現(xiàn)的單點(diǎn)故障問題，通過在多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的 Redis 實(shí)例上同時(shí)獲取鎖的方式來提高鎖服務(wù)的可用性和安全性。

RedLock 具備以下主要特性：

互斥性：在任何時(shí)間，只有一個(gè)客戶端可以獲得鎖，確保了資源的互斥訪問。
避免死鎖：通過為鎖設(shè)置一個(gè)較短的過期時(shí)間，即使客戶端在獲得鎖后由于網(wǎng)絡(luò)故障等原因未能按時(shí)釋放鎖，鎖也會(huì)因?yàn)檫^期而自動(dòng)釋放，避免了死鎖的發(fā)生。
容錯(cuò)性：即使一部分 Redis 節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，只要大多數(shù)節(jié)點(diǎn)（即過半數(shù)以上的節(jié)點(diǎn)）仍在線，RedLock 算法就能繼續(xù)提供服務(wù)，并確保鎖的正確性。

1.RedLock 實(shí)現(xiàn)思路

RedLock 是對(duì)集群的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加鎖，如果大多數(shù)節(jié)點(diǎn)（N/2+1）加鎖成功，則才會(huì)認(rèn)為加鎖成功。

這樣即使集群中有某個(gè)節(jié)點(diǎn)掛掉了，因?yàn)榇蟛糠旨汗?jié)點(diǎn)都加鎖成功了，所以分布式鎖還是可以繼續(xù)使用的。

2.工作流程

RedLock 算法的工作流程大致如下：

客戶端向多個(gè)獨(dú)立的 Redis 實(shí)例嘗試獲取鎖，設(shè)置鎖的過期時(shí)間非常短。
如果客戶端能在大部分節(jié)點(diǎn)上成功獲取鎖，并且所花費(fèi)的時(shí)間小于鎖的過期時(shí)間的一半，那么認(rèn)為客戶端成功獲取到了分布式鎖。
當(dāng)客戶端完成對(duì)受保護(hù)資源的操作后，它需要向所有曾獲取鎖的 Redis 實(shí)例釋放鎖。
若在釋放鎖的過程中，客戶端因故無法完成，由于設(shè)置了鎖的過期時(shí)間，鎖最終會(huì)自動(dòng)過期釋放，避免了死鎖。

3.基本使用

在 Java 開發(fā)中，可以使用 Redisson 框架很方便的實(shí)現(xiàn) RedLock，具體操作代碼如下：

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedisClient;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.redisson.redisson.RedissonRedLock;

public class RedLockDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建 Redisson 客戶端配置
        Config config = new Config();
        config.useClusterServers()
        .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379",
                        "redis://127.0.0.1:6380",
                        "redis://127.0.0.1:6381"); // 假設(shè)有三個(gè) Redis 節(jié)點(diǎn)
        // 創(chuàng)建 Redisson 客戶端實(shí)例
        RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
        // 創(chuàng)建 RedLock 對(duì)象
        RedissonRedLock redLock = redissonClient.getRedLock("resource");
        try {
            // 嘗試獲取分布式鎖，最多嘗試 5 秒獲取鎖，并且鎖的有效期為 5000 毫秒
            boolean lockAcquired = redLock.tryLock(5, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS); 
            if (lockAcquired) {
                // 加鎖成功，執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼...
            } else {
                System.out.println("Failed to acquire the lock!");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            System.err.println("Interrupted while acquiring the lock");
        } finally {
            // 無論是否成功獲取到鎖，在業(yè)務(wù)邏輯結(jié)束后都要釋放鎖
            if (redLock.isLocked()) {
                redLock.unlock();
            }
            // 關(guān)閉 Redisson 客戶端連接
            redissonClient.shutdown();
        }
    }
}

4.實(shí)現(xiàn)原理

Redisson 中的 RedLock 是基于 RedissonMultiLock（聯(lián)鎖）實(shí)現(xiàn)的。

RedissonMultiLock 是 Redisson 提供的一種分布式鎖類型，它可以同時(shí)操作多個(gè)鎖，以達(dá)到對(duì)多個(gè)鎖進(jìn)行統(tǒng)一管理的目的。聯(lián)鎖的操作是原子性的，即要么全部鎖住，要么全部解鎖。這樣可以保證多個(gè)鎖的一致性。

RedissonMultiLock 使用示例如下：

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.redisson.multi.MultiLock;

public class RedissonMultiLockDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 創(chuàng)建 Redisson 客戶端
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        RedissonClient redisson = Redisson.create(config);

        // 創(chuàng)建多個(gè)分布式鎖實(shí)例
        RLock lock1 = redisson.getLock("lock1");
        RLock lock2 = redisson.getLock("lock2");
        RLock lock3 = redisson.getLock("lock3");

        // 創(chuàng)建 RedissonMultiLock 對(duì)象
        MultiLock multiLock = new MultiLock(lock1, lock2, lock3);

        // 加鎖
        multiLock.lock();
        try {
            // 執(zhí)行任務(wù)
            System.out.println("Lock acquired. Task started.");
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println("Task finished. Releasing the lock.");
        } finally {
            // 釋放鎖
            multiLock.unlock();
        }
        // 關(guān)閉客戶端連接
        redisson.shutdown();
    }
}

在示例中，我們首先創(chuàng)建了一個(gè) Redisson 客戶端并連接到 Redis 服務(wù)器。然后，我們使用 redisson.getLock 方法創(chuàng)建了多個(gè)分布式鎖實(shí)例。接下來，我們通過傳入這些鎖實(shí)例來創(chuàng)建了 RedissonMultiLock 對(duì)象。

說回正題，RedissonRedLock 是基于 RedissonMultiLock 實(shí)現(xiàn)的這點(diǎn)，可以從繼承關(guān)系看出。

RedissonRedLock 繼承自 RedissonMultiLock，核心實(shí)現(xiàn)源碼如下：

public class RedissonRedLock extends RedissonMultiLock {
    public RedissonRedLock(RLock... locks) {
        super(locks);
    }

    /**
     * 鎖可以失敗的次數(shù)，鎖的數(shù)量-鎖成功客戶端最小的數(shù)量
     */
    @Override
    protected int failedLocksLimit() {
        return locks.size() - minLocksAmount(locks);
    }

    /**
     * 鎖的數(shù)量 / 2 + 1，例如有3個(gè)客戶端加鎖，那么最少需要2個(gè)客戶端加鎖成功
     */
    protected int minLocksAmount(final List<RLock> locks) {
        return locks.size()/2 + 1;
    }

    /** 
     * 計(jì)算多個(gè)客戶端一起加鎖的超時(shí)時(shí)間，每個(gè)客戶端的等待時(shí)間
     */
    @Override
    protected long calcLockWaitTime(long remainTime) {
        return Math.max(remainTime / locks.size(), 1);
    }

    @Override
    public void unlock() {
        unlockInner(locks);
    }
}

從上述源碼可以看出，Redisson 中的 RedLock 是基于 RedissonMultiLock（聯(lián)鎖）實(shí)現(xiàn)的，當(dāng) RedLock 是對(duì)集群的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加鎖，如果大多數(shù)節(jié)點(diǎn)，也就是 N/2+1 個(gè)節(jié)點(diǎn)加鎖成功，則認(rèn)為 RedLock 加鎖成功。