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面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

談起redis鎖,下面三個,算是出現最多的高頻詞彙:

  • setnx
  • redLock
  • redisson

其實目前通常所說的setnx指令,并非單指redis的

setnx key value

這條指令。

一般代指redis中對set指令加上nx參數進行使用,   set這個指令,目前已經支援這麼多參數可選:

SET key value [EX seconds|PX milliseconds] [NX|XX] [KEEPTTL]
           

當然了,就不在文章中默寫Api了,基礎參數還有不清晰的,可以蹦到官網。

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

上圖是筆者畫的setnx大緻原理,主要依托了它的key不存在才能set成功的特性,程序A拿到鎖,在沒有删除鎖的Key時,程序B自然擷取鎖就失敗了。

那麼為什麼要使用

PX 30000

去設定一個逾時時間?

是怕程序A不講道理啊,鎖沒等釋放呢,萬一崩了,直接原地把鎖帶走了,導緻系統中誰也拿不到鎖。

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

就算這樣,還是不能保證萬無一失。

如果程序A又不講道理,操作鎖内資源超過筆者設定的逾時時間,那麼就會導緻其他程序拿到鎖,等程序A回來了,回手就是把其他程序的鎖删了,如圖:

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

還是剛才那張圖,将T5時刻改成了鎖逾時,被redis釋放。

程序B在T6開開心心拿到鎖不到一會,程序A操作完成,回手一個del,就把鎖釋放了。

當程序B操作完成,去釋放鎖的時候(圖中T8時刻):

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

找不到鎖其實還算好的,萬一T7時刻有個程序C過來加鎖成功,那麼程序B就把程序C的鎖釋放了。以此類推,程序C可能釋放程序D的鎖,程序D....(禁止套娃),具體什麼後果就不得而知了。

是以在用setnx的時候,key雖然是主要作用,但是value也不能閑着,可以設定一個唯一的用戶端ID,或者用UUID這種随機數。

當解鎖的時候,先擷取value判斷是否是目前程序加的鎖,再去删除。僞代碼:

String uuid = xxxx;
// 僞代碼,具體實作看項目中用的連接配接工具
// 有的提供的方法名為set 有的叫setIfAbsent
set Test uuid NX PX 3000
try{
// biz handle....
} finally {
    // unlock
    if(uuid.equals(redisTool.get('Test')){
        redisTool.del('Test');
    }
}

           

這回看起來是不是穩了。

相反,這回的問題更明顯了,在finally代碼塊中,get和del并非原子操作,還是有程序安全問題。

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為什麼有問題還說這麼多呢?

第一,搞清劣勢所在,才能更好的完善。

第二點,其實上文中最後這段代碼,還是有很多公司在用的。

大小項目悖論:大公司實作規範,但是小司小項目雖然存在不嚴謹,可并發倒也不高,出問題的機率和大公司一樣低。  -- 魯迅

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那麼删除鎖的正确姿勢之一,就是可以使用lua腳本,通過redis的eval/evalsha指令來運作:

-- lua删除鎖:
-- KEYS和ARGV分别是以集合方式傳入的參數,對應上文的Test和uuid。
-- 如果對應的value等于傳入的uuid。
if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]
    then
 -- 執行删除操作
        return redis.call('del', KEYS[1])
    else
 -- 不成功,傳回0
        return 0
end

           

通過lua腳本能保證原子性的原因說的通俗一點:

就算你在lua裡寫出花,執行也是一個指令(eval/evalsha)去執行的,一條指令沒執行完,其他用戶端是看不到的。

那麼既然這麼麻煩,有沒有比較好的工具呢?就要說到redisson了。

介紹redisson之前,筆者簡單解釋一下為什麼現在的setnx預設是指set指令帶上nx參數,而不是直接說是setnx這個指令。

因為redis版本在2.6.12之前,set是不支援nx參數的,如果想要完成一個鎖,那麼需要兩條指令:

1. setnx Test uuid
2. expire Test 30

           

即放入Key和設定有效期,是分開的兩步,理論上會出現1剛執行完,程式挂掉,無法保證原子性。

但是早在2013年,也就是7年前,Redis就釋出了2.6.12版本,并且官網(set指令頁),也早早就說明了“SETNX, SETEX, PSETEX可能在未來的版本中,會棄用并永久删除”。

筆者曾閱讀過一位大佬的文章,其中就有一句指導入門者的面試小套路,具體文字忘記了,大概意思如下:

說到redis鎖的時候,可以先從setnx講起,最後慢慢引出set指令的可以加參數,可以展現出自己的知識面。

如果有緣你也閱讀過這篇文章,并且學到了這個套路,作為本文的筆者我要加一句提醒:

請注意你的工作年限!首先回答官網表明即将廢棄的指令,再引出set指令七年前的“新特性”,如果是剛畢業不久的人這麼說,面試官會以為自己穿越了。

你套路面試官,面試官也會套路你。  -- vt・沃茲基碩德

Redisson

Redisson是java的redis用戶端之一,提供了一些api友善操作redis。

但是redisson這個用戶端可有點厲害,筆者在官網截了僅僅是一部分的圖:

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

這個特性清單可以說是太多了,是不是還看到了一些JUC包下面的類名,redisson幫我們搞了分布式的版本,比如AtomicLong,直接用RedissonAtomicLong就行了,連類名都不用去新記,很人性化了。

鎖隻是它的冰山一角,并且從它的wiki頁面看到,對主從,哨兵,叢集等模式都支援,當然了,單節點模式肯定是支援的。

本文還是以鎖為主,其他的不過多介紹。

Redisson普通的鎖實作源碼主要是RedissonLock這個類,還沒有看過它源碼的盆友,不妨去瞧一瞧。

源碼中加鎖/釋放鎖操作都是用lua腳本完成的,封裝的非常完善,開箱即用。

這裡有個小細節,加鎖使用setnx就能實作,也采用lua腳本是不是多此一舉?筆者也非常嚴謹的思考了一下:這麼厲害的東西哪能寫廢代碼?

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

其實筆者仔細看了一下,加鎖解鎖的lua腳本考慮的非常全面,其中就包括鎖的重入性,這點可以說是考慮非常周全,我也随手寫了代碼測試一下:

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

的确用起來像jdk的ReentrantLock一樣絲滑,那麼redisson實作的已經這麼完善,redLock又是什麼?

RedLock

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

redLock的中文是直譯過來的,就叫紅鎖。

紅鎖并非是一個工具,而是redis官方提出的一種分布式鎖的算法。

就在剛剛介紹完的redisson中,就實作了redLock版本的鎖。也就是說除了getLock方法,還有getRedLock方法。

筆者大概畫了一下對紅鎖的了解:

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

如果你不熟悉redis高可用部署,那麼沒關系。redLock算法雖然是需要多個執行個體,但是這些執行個體都是獨自部署的,沒有主從關系。

RedLock作者指出,之是以要用獨立的,是避免了redis異步複制造成的鎖丢失,比如:主節點沒來的及把剛剛set進來這條資料給從節點,就挂了。

有些人是不是覺得大佬們都是杠精啊,天天就想着極端情況。其實高可用嘛,拼的就是99.999...% 中小數點後面的位數。

回到上面那張簡陋的圖檔,紅鎖算法認為,隻要(N/2) + 1個節點加鎖成功,那麼就認為擷取了鎖, 解鎖時将所有執行個體解鎖。流程為:

  1. 順序向五個節點請求加鎖
  2. 根據一定的逾時時間來推斷是不是跳過該節點
  3. 三個節點加鎖成功并且花費時間小于鎖的有效期
  4. 認定加鎖成功

也就是說,假設鎖30秒過期,三個節點加鎖花了31秒,自然是加鎖失敗了。

這隻是舉個例子,實際上并不應該等每個節點那麼長時間,就像官網所說的那樣,假設有效期是10秒,那麼單個redis執行個體操作逾時時間,應該在5到50毫秒(注意時間機關)

還是假設我們設定有效期是30秒,圖中逾時了兩個redis節點。那麼加鎖成功的節點總共花費了3秒,是以鎖的實際有效期是小于27秒的。

即扣除加鎖成功三個執行個體的3秒,還要扣除等待逾時redis執行個體的總共時間。

看到這,你有可能對這個算法有一些疑問,那麼你不是一個人。

回頭看看Redis官網關于紅鎖的描述

就在這篇描述頁面的最下面,你能看到著名的關于紅鎖的神仙打架事件。

面試:那些問哭你的Redis分布式鎖!

即Martin Kleppmann和antirez的redLock辯論. 一個是很有資曆的分布式架構師,一個是redis之父。

官方挂人,最為緻命。

開個玩笑,要是質疑能被官方挂到官網,說明肯定是有價值的。

是以說如果項目裡要使用紅鎖,除了紅鎖的介紹,不妨要多看兩篇文章,即:

  1. Martin Kleppmann的質疑貼
  2. antirez的反擊貼

總結

看了這麼多,是不是發現如何實作,都不能保證100%的穩定。

程式就是這樣,沒有絕對的穩定,是以做好人工補償環節也是重要的一環,畢竟:

技術不夠,人工來湊~

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