java并发（二十二）分布式锁

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Redis有一系列的命令，特点是以NX结尾，NX是Not eXists的缩写，如SETNX命令就应该理解为：SET if Not eXists。这系列的命令非常有用，这里讲使用SETNX来实现分布式锁。

用SETNX实现分布式锁
利用SETNX非常简单地实现分布式锁。例如：某客户端要获得一个名字foo的锁，客户端使用下面的命令进行获取：
SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>

如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。

解决死锁
上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock.foo的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。

发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次，当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景：

C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock.foo检查时间戳，先后发现超时了。
C1 发送DEL lock.foo
C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
C2 发送DEL lock.foo
C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。
这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！

幸好这种问题是可以避免的，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的：

C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0
C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。
反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁：
GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>
通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。
如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。

注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了。

示例伪代码
根据上面的代码，我写了一小段Fake代码来描述使用分布式锁的全过程：
# get lock
lock = 0
while lock != 1:
    timestamp = current Unix time + lock timeout + 1
    lock = SETNX lock.foo timestamp
    if lock == 1 or (now() > (GET lock.foo) and now() > (GETSET lock.foo timestamp)):
        break;
    else:
        sleep(10ms)

# do your job
do_job()

# release
if now() < GET lock.foo:
    DEL lock.foo
是的，要想这段逻辑可以重用，使用python的你马上就想到了Decorator，而用Java的你是不是也想到了那谁？AOP + annotation？行，怎样舒服怎样用吧，别重复代码就行。

java之jedis实现
expireMsecs 锁持有超时，防止线程在入锁以后，无限的执行下去，让锁无法释放
timeoutMsecs 锁等待超时，防止线程饥饿，永远没有入锁执行代码的机会

    /**
     * Acquire lock.
     * 
     * @param jedis
     * @return true if lock is acquired, false acquire timeouted
     * @throws InterruptedException
     *             in case of thread interruption
     */
    public synchronized boolean acquire(Jedis jedis) throws InterruptedException {
        int timeout = timeoutMsecs;
        while (timeout >= 0) {
            long expires = System.currentTimeMillis() + expireMsecs + 1;
            String expiresStr = String.valueOf(expires); //锁到期时间

            if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {
                // lock acquired
                locked = true;
                return true;
            }

            String currentValueStr = jedis.get(lockKey); //redis里的时间
            if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
                //判断是否为空，不为空的情况下，如果被其他线程设置了值，则第二个条件判断是过不去的
                // lock is expired

                String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
                //获取上一个锁到期时间，并设置现在的锁到期时间，
                //只有一个线程才能获取上一个线上的设置时间，因为jedis.getSet是同步的
                if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
                    //如过这个时候，多个线程恰好都到了这里，但是只有一个线程的设置值和当前值相同，他才有权利获取锁
                    // lock acquired
                    locked = true;
                    return true;
                }
            }
            timeout -= 100;
            Thread.sleep(100);
        }
        return false;
    }

一般用法
其中很多繁琐的边缘代码
包括：异常处理，释放资源等等

        JedisPool pool;
        JedisLock jedisLock = new JedisLock(pool.getResource(), lockKey, timeoutMsecs, expireMsecs);
        try {
            if (jedisLock.acquire()) { // 启用锁
                //执行业务逻辑
            } else {
                logger.info("The time wait for lock more than [{}] ms ", timeoutMsecs);
            }
        } catch (Throwable t) {
            // 分布式锁异常
            logger.warn(t.getMessage(), t);
        } finally {
            if (jedisLock != null) {
                try {
                    jedisLock.release();// 则解锁
                } catch (Exception e) {
                }
            }
            if (jedis != null) {
                try {
                    pool.returnResource(jedis);// 还到连接池里
                } catch (Exception e) {
                }
            }
        }

犀利用法
用匿名类来实现，代码非常简洁
至于SimpleLock的实现，请在我附件中下载查看

        SimpleLock lock = new SimpleLock(key);
        lock.wrap(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //此处代码是锁上的
            }
        });

20180330
和同事一起吃饭，聊到释放锁的时候，要是同一个线程。所以这一部分在获取锁的时候，要增加token，如果不是同一个线程，不允许释放锁。

附件是分布式锁的完整实现和用法，有需要交流的朋友，可以随时留言。

redis-jedis-2.4.1_lock.zip (1.1 MB)
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memcached（十八）缓存业务逻辑 | java继承静态方法复写

2014-03-12 16:24
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评论(30)
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30 楼 beyondfengyu 2016-11-30

beyondfengyu 写道

如果每个客户进程的时间不同步，时间超前的进程是不是更容易得到锁呢？

 String currentValueStr = jedis.get(lockKey); //redis里的时间  
        if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {

时间超前的进程在执行到这里时，会强制夺取原来进程的锁，因为在它看来这个key已经失效，如果这个进程刚好执行的是耗时任务，那么其它的进程都可能很难拿到它的锁

楼主有没有想过这种问题？

如果这个时间超前的进程拿到锁后，刚好执行耗时任务，因为别的进程在判断锁是否超时时，由于它们的时间远低于超前的进程，所以总是失败，这样导致耗时进程一直占用这个锁。

29 楼 beyondfengyu 2016-11-30

如果每个客户进程的时间不同步，时间超前的进程是不是更容易得到锁呢？

 String currentValueStr = jedis.get(lockKey); //redis里的时间  
        if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {

28 楼随WW便 2016-11-23

[i][b]

[flash=200,200][url][img][img][img][list]

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[*][*][list]

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引用
引用
引用
引用

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[/b][/i]

27 楼 binghc 2016-09-23

把 26 - 34 行替换成
if (jedis.del(lockKey) == 1) {
continue;
}
即使多台客户单完全同步，也不可能发生多个客户端拿到锁的情况了吧

26 楼 binghc 2016-09-23

你们有没有想过，如果这些客户端本地时间不是同步的，甚至可能上下浮动好几分钟，会发生什么事情

25 楼 clean1981 2016-07-13

为什么不在del的时候判断他是否删除成功呢？如果这样判断是否会阻止C1，C2同时拿到锁呢？

24 楼 wenj91 2016-06-26

最近特别需要分布式锁这方面的知识,请教下该如何学习这方面的知识呢?

23 楼 jtyb 2016-05-18

应该用setnxpx改写一下了，参考官网的实现原理，会简单很多

22 楼 m635674608 2016-05-06

85977328 写道

引用

JAVA实现的失效的情况是，两台完全同步的机器，每步代码执行的速度都一样，有可能让多个节点同时拿到锁。

精辟，如果完全相同，完全同步，不会有问题
第21行 String currentValueStr = jedis.get(lockKey); //redis里的时间
获取的值完全相同

但是第26行 String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
只有一个客户端能获取到超时很大的时间
然后进行下一步的相等判断，进而取得锁

就算第26行set的值完全相等，但是get到的不会完全相当，第一个客户端会拿到currentValueStr相等的值，其他客户端再get到值，已经不是超时的时间了，他们就无法通过第22行 if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {的判断
而已经通过第22行判断的代码，currentValueStr是超时的老值，不是新值，所以后面的29行
if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) { 永远相等不了

我感觉有点问题，当多台服务器同事执行到26行代码的时候，并且 expiresStr值相等的时候，会有多个获得锁？你们觉得了?

21 楼 zxjlwt 2015-11-30

学习了。
http://surenpi.com

20 楼 li200429 2015-10-08

这个分布式锁有问题吧？我试了，每次定时任务执行的时候，
if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {
            // lock acquired
            locked = true;
            return true;
        }
这段代码都执行了，锁没有生效哦~~

19 楼 85977328 2015-08-08

hj01kkk 写道

setnx原子操作，accquire和release时需要用synchronized加锁吗？若在这两个方法里先用setnx后，根据返回值判断走不同分支，这样是不是可以避免在这里加悲观锁了？

一样的，锁的处理有两种
1）等待
2）快速失效
看具体业务逻辑了，我这种锁的用法是等待。

18 楼 hj01kkk 2015-07-27

17 楼 lp1137917045 2015-07-21

受益匪浅，但是：
如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁是怎么理解的，我认为，如果给锁设置了合适的过期时间，并且在finally中释放锁，那么完全不用考虑死锁的问题。是有那种情况会导致不会即使的执行finally中的方法吗？另外，syncronized 在分布式集群环境中就不起作用了吗？小弟工作经验尚浅，忘楼主不吝赐教

16 楼 85977328 2015-05-04

demoxshiroki 写道

楼主这种写法CAS操作的redis化,实现了非公平锁, 可否想过公平锁的实现。中间节点放弃的时候锁的处理

分布式公平锁倒没想到过

回头我试试

15 楼 demoxshiroki 2015-04-27

楼主这种写法CAS操作的redis化,实现了非公平锁, 可否想过公平锁的实现。中间节点放弃的时候锁的处理

14 楼 85977328 2014-09-27

可以在执行过程中，延长分布式锁的超时时间。分布式锁本质上就是个KEY的超时时间

13 楼 waixin 2014-09-25

如果是当前A获取到了lock, 但由于执行时间过长，导致超时了！
这个时候lock可能被别的拿到，但在A释放的时候并不能确定del的lock就是它的了。

这种情况有没有好的解决方案（除了设置超长超时时间)？

12 楼 zhuyx808 2014-05-25

请问锁的嵌套问题怎么解决？

a方法需要锁定执行，b方法也需要锁定执行，而a方法里面调用b方法了……

伪代码：

a(){
lock(){
.....
b();
......
}

}

b(){
lock(){
......

}
}

--------------------------------------------------------

首先a方法拿到锁了，执行a方法的逻辑，执行到调用b方法，b方法试图去拿锁，但b方法拿不到锁，于是b方法就等待了，b方法等待的结果是a也执行不动了，于是都挂了

11 楼 85977328 2014-03-20