2023-06-19：讲一讲Redis分布式锁的实现？
答案2023-06-19：
Redis分布式锁最简单的实现
要实现分布式锁，确实需要使用具备互斥性的Redis操作。其中一种常用的方式是使用SETNX命令，该命令表示"SET if Not Exists"，即只有在key不存在时才设置其值，否则不进行任何操作。通过这种方式，两个客户端进程可以执行SETNX命令来实现互斥，从而达到分布式锁的目的。
下面是一个示例：
客户端1申请加锁，加锁成功：
SETNX lock_key 1
客户端2申请加锁，由于它处于较晚的时间，加锁失败：
SETNX lock_key 1
通过这种方式，您可以使用Redis的互斥性来实现简单的分布式锁机制。
对于加锁成功的客户端，可以执行对共享资源的操作，比如修改MySQL的某一行数据或调用API请求。
操作完成后，需要及时释放锁，以便后续的请求能够访问共享资源。释放锁非常简单，只需使用DEL命令来删除相应的锁键（key）即可。
下面是释放锁的示例逻辑：
DEL lock_key
通过执行以上DEL命令，成功释放锁，以让后续的请求能够获得锁并执行操作共享资源的逻辑。
这样，通过使用SETNX命令进行加锁，然后使用DEL命令释放锁，您就可以实现基本的分布式锁机制。
但是，它存在一个很大的问题，当客户端 1 拿到锁后，如果发生下面的场景，就会造成「死锁」：
1、程序处理业务逻辑异常，没有及时释放锁。
2、进程崩溃或意外停止，无法释放锁。
在这种情况下，客户端将永远占用该锁，其他客户端将无法获取该锁。如何解决这个问题呢？
如何避免死锁？
当考虑在申请锁时为其设置一个「租期」时，可以在Redis中通过设置「过期时间」来实现。假设我们假设操作共享资源的时间不会超过10秒，在加锁时，可以给该key设置一个10秒的过期时间即可。这样做可以确保在申请锁后的一段时间内，如果锁的持有者在该时间内没有更新锁的过期时间，锁将会自动过期，从而防止锁被永久占用
SETNX lock 1 // 加锁
EXPIRE lock 10 // 10s后自动过期
这样一来，无论客户端是否异常，这个锁都可以在 10s 后被「自动释放」，其它客户端依旧可以拿到锁。
但现在还是有问题：
当前的操作是将加锁和设置过期时间作为两个独立的命令执行，存在一个问题，即可能只执行了第一条命令而第二条命令却未能及时执行，从而导致问题。例如：
-
SETNX 命令执行成功后，由于网络问题导致 EXPIRE 命令执行失败。
-
SETNX 命令执行成功后，Redis 异常宕机，导致 EXPIRE 命令没有机会执行。
-
SETNX 命令执行成功后，客户端异常崩溃，同样导致 EXPIRE 命令没有机会执行。
总之，这两条命令不能保证是原子操作（一起成功），就有潜在的风险导致过期时间设置失败，依旧发生「死锁」问题。
幸运的是，在 Redis 2.6.12 版本之后，Redis 扩展了 SET 命令的参数。用这一条命令就可以了：
SET lock 1 EX 10 NX
锁被别人释放怎么办？
上面的命令执行时，每个客户端在释放锁时，并没有进行严格的验证，存在释放别人锁的潜在风险。为了解决这个问题，可以在加锁时为每个客户端设置一个唯一的标识符（unique identifier），并在解锁时对比标识符来验证是否有权释放锁。
例如，可以是自己的线程 ID，也可以是一个 UUID（随机且唯一），这里我们以UUID 举例：
SET lock $uuid EX 20 NX
之后，在释放锁时，要先判断这把锁是否还归自己持有，伪代码可以这么写：
if redis.get("lock") == $uuid:
redis.del("lock")
这里释放锁使用的是 GET + DEL 两条命令，这时，又会遇到我们前面讲的原子性问题了。这里可以使用lua脚本来解决。
安全释放锁的 Lua 脚本如下：
if redis.call("GET",KEYS[1]) == ARGV[1]
then
return redis.call("DEL",KEYS[1])
else
return 0
end
好了，这样一路优化，整个的加锁、解锁的流程就更「严谨」了。
这里我们先小结一下，基于 Redis 实现的分布式锁，一个严谨的的流程如下：
1、加锁
SET lock_key $unique_id EX $expire_time NX
2、操作共享资源
3、释放锁：Lua 脚本，先 GET 判断锁是否归属自己，再DEL 释放锁
go代码实现分布式锁
package main
import (
"context"
"fmt"
"sync"
"time"
"github.com/go-redis/redis/v8"
"github.com/google/uuid"
)
const (
LockTime = 5 * time.Second
RS_DISTLOCK_NS = "tdln:"
RELEASE_LOCK_LUA = `
if redis.call('get',KEYS[1])==ARGV[1] then
return redis.call('del', KEYS[1])
else
return 0
end
`
)
type RedisDistLock struct {
id string
lockName string
redisClient *redis.Client
m sync.Mutex
}
func NewRedisDistLock(redisClient *redis.Client, lockName string) *RedisDistLock {
return &RedisDistLock{
lockName: lockName,
redisClient: redisClient,
}
}
func (this *RedisDistLock) Lock() {
for !this.TryLock() {
time.Sleep(100 * time.Millisecond)
}
}
func (this *RedisDistLock) TryLock() bool {
if this.id != "" {
// 处于加锁中
return false
}
this.m.Lock()
defer this.m.Unlock()
if this.id != "" {
// 处于加锁中
return false
}
ctx := context.Background()
id := uuid.New().String()
reply := this.redisClient.SetNX(ctx, RS_DISTLOCK_NS+this.lockName, id, LockTime)
if reply.Err() == nil && reply.Val() {
this.id = id
return true
}
return false
}
func (this *RedisDistLock) Unlock() {
if this.id == "" {
// 未加锁
panic("解锁失败，因为未加锁")
}
this.m.Lock()
defer this.m.Unlock()
if this.id == "" {
// 未加锁
panic("解锁失败，因为未加锁")
}
ctx := context.Background()
reply := this.redisClient.Eval(ctx, RELEASE_LOCK_LUA, []string{RS_DISTLOCK_NS + this.lockName}, this.id)
if reply.Err() != nil {
panic("释放锁失败！")
} else {
this.id = ""
}
}
func main() {
client := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "172.16.11.111:64495",
})
const LOCKNAME = "百家号：福大大架构师每日一题"
lock := NewRedisDistLock(client, LOCKNAME)
lock.Lock()
fmt.Println("加锁main")
ch := make(chan struct{})
go func() {
lock := NewRedisDistLock(client, LOCKNAME)
lock.Lock()
fmt.Println("加锁go程")
lock.Unlock()
fmt.Println("解锁go程")
ch <- struct{}{}
}()
time.Sleep(time.Second * 2)
lock.Unlock()
fmt.Println("解锁main")
<-ch
}
锁过期时间不好评估怎么办？
看上面这张图，加入key的失效时间是10s，但是客户端C在拿到分布式锁之后，然后业务逻辑执行超过10s，那么问题来了，在客户端C释放锁之前，其实这把锁已经失效了，那么客户端A和客户端B都可以去拿锁，这样就已经失去了分布式锁的功能了！！！
比较简单的妥协方案是，尽量「冗余」过期时间，降低锁提前过期的概率，但是这个并不能完美解决问题，那怎么办呢？
分布式锁加入看门狗
在加锁过程中，可以设置一个过期时间，并启动一个守护线程（也称为「看门狗」线程），定时检测锁的剩余有效时间。如果锁即将过期，但共享资源操作尚未完成，守护线程可以自动对锁进行续期，重新设置过期时间。
为什么要使用守护线程：
go中的红锁
package main
import (
"fmt"
"time"
"github.com/go-redis/redis/v8"
"github.com/go-redsync/redsync/v4"
"github.com/go-redsync/redsync/v4/redis/goredis/v8"
)
func main() {
client := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "172.16.11.111:64495",
Password: "", // 如果有密码，请提供密码
DB: 0, // 如果使用不同的数据库，请修改为准确的数据库编号
})
pool := goredis.NewPool(client)
const LOCKNAME = "百家号：福大大架构师每日一题"
redsync := redsync.New(pool)
mutex := redsync.NewMutex(LOCKNAME)
if err := mutex.Lock(); err != nil {
fmt.Println("加锁失败:", err)
return
}
fmt.Println("加锁main")
ch := make(chan struct{})
go func() {
mutex := redsync.NewMutex(LOCKNAME)
if err := mutex.Lock(); err != nil {
fmt.Println("加锁失败:", err)
return
}
fmt.Println("加锁go程")
mutex.Unlock()
fmt.Println("解锁go程")
ch <- struct{}{}
}()
time.Sleep(time.Second * 2)
mutex.Unlock()
fmt.Println("解锁main")
<-ch
}
