一篇文章搞懂分布式锁（上）

一.分布式锁的介绍

定义：

分布式锁是满足在分布式系统或集群模式下，实现多进程可见并且互斥的锁机制。

核心特性（基于图示）：

二.基于Redis实现分布式锁

<1>原理分析

在分布式系统中，为了保证多个节点对共享资源的互斥访问，常使用 Redis 实现分布式锁。其核心是实现两个基本方法：获取锁 和 释放锁。

1、获取锁

• 互斥性：确保同一时刻只有一个线程能成功获取锁。
• 非阻塞尝试：尝试一次，成功返回 true，失败返回 false，不等待。

命令

SET lock thread1 NX EX 10

• NX：仅当 key 不存在时才设置 → 保证互斥
• EX 10：设置过期时间为 10 秒 → 防止死锁

2、释放锁

• 手动释放：业务执行完成后主动删除锁。
• 超时自动释放：通过设置过期时间，即使服务宕机或业务超时，锁也会自动失效，避免死锁。

命令

DEL key

<2>流程图

<3>代码实现Redis锁—版本1

获取锁与删除锁代码

public class SimpleRedisLock implements ILock{
private String name;
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
String threadId = String.valueOf(Thread.currentThread().getId());
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return BooleanUtil.isTrue(success);
}

@Override
public void unlock() {
//删除锁
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}

将锁添加进业务中

//5.1获取用户id
Long UserId = UserHolder.getUser().getId();
//创建锁对象
SimpleRedisLock simpleRedisLock = new SimpleRedisLock("order:" + UserId, stringRedisTemplate);
//获取锁
boolean isLock = simpleRedisLock.tryLock(1200);
//判断获取锁成功
if (!isLock) {
return Result.fail("不允许重复下单");
}
//获取代理对象
IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
return proxy.createVoucherOrder(voucherId, voucher);

<3>解决Redis分布锁中的误删问题

1.产生原因以及解决办法

误删问题的核心原因是：锁的持有者（线程）与释放者不一致，且缺乏身份校验机制。

具体产生场景如下：

后果：线程 B 失去保护，此时若有线程 C 进来，就能和线程 B 同时访问临界资源，导致数据竞争和不一致。

根本症结：释放锁时，没有判断“当前要删的锁是不是我自己加的那把”。

解决办法

线程1先成功获取锁并执行业务，但在完成前锁因超时被自动释放；此时它尝试释放锁时发现锁已不属于自己（返回NIL），于是不操作。随后线程2趁机获取到新锁，正常执行业务后校验归属一致，安全释放锁。接着线程3也顺利拿到锁开始执行。

2.代码实现

改进Redis的分布式锁

需求：修改之前的分布式锁实现，满足：

//获取锁
@Override
public boolean tryLock(long timeoutSec) {
String threadId = ID_PREFIX + String.valueOf(Thread.currentThread().getId());
Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId, timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
return BooleanUtil.isTrue(success);
}
//删除锁
@Override
public void unlock() {
//获取线程标识
String threadId = ID_PREFIX + String.valueOf(Thread.currentThread().getId());
//获取锁中的标识
String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
//判断标识是一致
if (threadId.equals(id)) {
stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
}
}

<4>分布式锁的原子性问题

1.产生原因

产生原因

→ 结果：线程B的锁被A提前删掉，后续线程C可立即抢锁，导致并发失控！

2.解决办法—-Redis的Lua脚本

Lua脚本简介

Redis 提供了 Lua 脚本功能，在一个脚本中编写多条 Redis 命令，确保多条命令执行时的原子性。 Lua 是一种编程语言，基本语法可参考：https://www.runoob.com/lua/lua-tutorial.html

这里重点介绍调用函数语法

redis.call('命令名称', 'key', '其它参数', …)

示例一：执行 set name jack

redis.call('set', 'name', 'jack')

示例 2：先 set name Rose，再 get name

redis.call('set', 'name', 'Rose')
local name = redis.call('get', 'name')
return name

写好脚本以后，需要用 Redis 命令来调用脚本，调用脚本的常见命令如下：

127.0.0.1:6379> help @scripting

EVAL script numkeys key [key …] arg [arg …]
summary: Execute a Lua script server side
since: 2.6.0

例如，我们要执行 redis.call('set', 'name', 'jack') 这个脚本，语法如下：

# 调用脚本
EVAL "return redis.call('set', 'name', 'jack')" 0

• 脚本内容："return redis.call('set', 'name', 'jack')"
• Key 参数个数：0（表示脚本中没有使用 KEYS 数组类型的参数）

如果脚本中的 key、value 不想写死，可以作为参数传递。

• key 类型参数会放入 KEYS 数组。
• 其它参数会放入 ARGV 数组。
• 在脚本中可以从 KEYS 和 ARGV 数组获取这些参数。

示例代码

# 调用脚本
EVAL "return redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1])" 1 name Rose

3.代码实现

释放锁的业务流程是这样的：

用 Lua 脚本表示如下：

— 这里的 KEYS[1] 就是锁的 key，这里的 ARGV[1] 就是当前线程标示
— 获取锁中的标示，判断是否与当前线程标示一致
if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
— 一致，则删除锁
return redis.call('DEL', KEYS[1])
end
— 不一致，则直接返回
return 0

我们要在idea中集成一个EmmyLua插件

然后创建这个文件

将lua脚本写入文件中

— 比较线程标示与锁中的标示是否一致
if(redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
— 释放锁 del key
return redis.call('del', KEYS[1])
end
return 0

完整代码

private static final DefaultRedisScript<Long> UNLOCK_SCRIPT;
static {
UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
UNLOCK_SCRIPT.setLocation(new ClassPathResource("unlock.lua"));
UNLOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);
}
public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
this.name = name;
this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
}
@Override
public void unlock() {
stringRedisTemplate.execute(UNLOCK_SCRIPT,
Collections.singletonList(KEY_PREFIX + name),
ID_PREFIX + String.valueOf(Thread.currentThread().getId()));
}