分布式锁的实现

前言

我们知道在多线程中，有时候为了保证一个代码块只被一个线程执行，从而通过加锁的方式实现，如Java中的synchronized语法。这可以保证一个进程不同线程的同步，那分布式集群中又是如何来保证线程间的同步呢?

redis实现分布式锁

要想实现分布式集群的同步，可以采用分布式锁，实现分布式锁的方式有很多，如redis、zookeeper、Memcached。先来讲一下如何利用redis来实现分布式锁。

版本一

我们知道redis是一种以key-value形式存储的一种NoSQL，可以在需要同步的代码前去判断一个key是否存在，如果这个key不存在，那么才可以执行同步快代码。如果key存在说明有其他线程在执行，就等待该线程释放这个key为止。用下面版本一代码来说明。

while(true){
	if (jredis.exesit(key)==0)//(1) 如果不存在该key，才可跳出循环执行逻辑代码
		break;
}
jredis.set(key,value)
逻辑处理...
jredis.del(key)

版本二

但是上面的代码是有问题的，因为exesit和set方法不能够保证原子性，两个线程可以同时执行到(1)，然后跳出循环。我们可以利用Redis的setnx（set while not exesit）命令。此命令是原子性操作，只有在key不存在的情况下，才能set成功。伪代码改动成版本二。

while(true){
	if (jredis.setnx(key,vaule)==1)//当对key设置成功，才可以执行下面的逻辑代码
		break;
}
逻辑处理...
jredis.del(key)

版本三

看起来已经没问题了，但是假设一个极端的情况，当一个线程在执行完逻辑部分的代码之后，突然宕机了，导致del key没能执行，那边其他线程将永远不能跳出死循环了。

所以我们需要为了防止一个key的”长生不死”,在set的时候，给这个key设定一个有效时间，时间一到就会自动del掉这个key。当然我们也要保证设定这个有效时间的方法和setnx方法是原子性的。幸好Redis 2.6.12以上版本为set指令增加了可选参数，伪代码如下：

while(true){
	if (jredis.set(key,vaule,30,nx)==1)//set中可以加入nx参数表示意思与setnx一样，30是该key的有效时间
		break;
}
逻辑处理...
jredis.del(key)

版本四

嘎嘎嘎，没错，版本三还是存在问题。再考虑一种极端情况由于特殊原因，如果某些原因导致线程A执行的很慢很慢，过了30秒都没执行完，这时候锁过期自动释放，线程B得到了锁。随后，线程A执行完了任务，线程A接着执行del指令来释放锁。但这时候线程B还没执行完，线程A实际上删除的是线程B加的锁。

怎么避免这种情况呢？可以在del释放锁之前做一个判断，验证当前的锁是不是自己加的锁。至于具体的实现，可以在加锁的时候把当前的线程ID当做value，并在删除之前验证key对应的value是不是自己线程的ID。

String threadId = Thread.currentThread().getId()
while(true){
	if (jredis.set(key,threadId,30,nx)==1)//set中可以加入nx参数表示意思与setnx一样，30是该key的有效时间
		break;
}
逻辑处理...
if（threadId .equals(redisClient.get(key))）{
    jredis.del(key) //(2)
}

版本五

但这么做，又会出现一个问题，因为判断和删除并不是一个原子性操作。假设A线程在版本四(2)代码处停留了30秒,那么A还是会删除B设定的锁。所以这块可以用lua脚本去完成，redis可以保证lua脚本是以原子性的操作去执行的。关于redis和lua的说明，可以看这篇博客点击查看。

String threadId = Thread.currentThread().getId()
while(true){
	if (jredis.set(key,threadId,30,nx)==1)//set中可以加入nx参数表示意思与setnx一样，30是该key的有效时间
		break;
}
逻辑处理...
String luaScript = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
redisClient.eval(luaScript , Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(threadId));

除了用Lua脚本，还可以实现守护线程，对将要过期的key续命，比如执行到29秒的时候，还没释放，守护线程就给这个key再设定20秒，当线程A执行完任务，会显式关掉守护线程。以上是基于程序员小灰的文章的一个总结，感谢！