简介
说明
本文介绍为什么要使用Redis的红锁(Redlock)、什么是Redis的红锁以及Redis红锁的原理。
本文用Redisson来介绍Redis红锁的用法。
Redisson 高版本会根据redisClient的模式来决定getLock返回的锁类型,如果集群模式,满足红锁的条件,则会直接返回红锁。
官网
REDIS distlock — Redis中国用户组(CRUG)
为什么使用Redis的红锁
主从结构分布式锁的问题
实现Redis分布式锁的最简单的方法就是在Redis中创建一个key,这个key有一个失效时间(TTL),以保证锁最终会被自动释放掉。当客户端释放资源(解锁)的时候,会删除掉这个key。
从表面上看似乎效果不错,但有一个严重的单点失败问题:如果Redis挂了怎么办?你可能会说,可以通过增加一个slave节点解决这个问题。但这通常是行不通的。这样做,我们不能实现资源的独享,因为Redis的主从同步通常是异步的。
在这种场景(主从结构)中存在明显的竞态:
客户端A从master获取到锁
在master将锁同步到slave之前,master宕掉了。
slave节点被晋级为master节点
客户端B从新的master获取到锁
有时候程序就是这么巧,比如说正好一个节点挂掉的时候,多个客户端同时取到了锁。如果你可以接受这种小概率错误,那用这个基于复制的方案就完全没有问题。否则的话,我们建议你实现下面描述的解决方案。
解决方案:使用红锁
简介
Redis中针对此种情况,引入了红锁的概念。红锁采用主节点过半机制,即获取锁或者释放锁成功的标志为:在过半的节点上操作成功。
原理
在Redis的分布式环境中,我们假设有N个Redis master。这些节点完全互相独立,不存在主从复制或者其他集群协调机制。之前我们已经描述了在Redis单实例下怎么安全地获取和释放锁。我们确保将在每(N)个实例上使用此方法获取和释放锁。在这个样例中,我们假设有5个Redis master节点,这是一个比较合理的设置,所以我们需要在5台机器上面或者5台虚拟机上面运行这些实例,这样保证他们不会同时都宕掉。
为了取到锁,客户端应该执行以下操作:
获取当前Unix时间,以毫秒为单位。
依次尝试从N个实例,使用相同的key和随机值获取锁。
客户端使用当前时间减去开始获取锁时间(步骤1记录的时间)得到获取锁使用的时间。
如果取到了锁,key的真正有效时间等于有效时间减去获取锁所使用的时间(步骤3计算的结果)。
如果因为某些原因,获取锁失败(没有在至少N/2+1个Redis实例取到锁或者取锁时间已经超过了有效时间),客户端应该在所有的Redis实例上进行解锁(即便某些Redis实例根本就没有加锁成功)。
Redisson红锁实例
官网
官方github:8. 分布式锁和同步器 · redisson/redisson Wik
基于Redis的Redisson红锁RedissonRedLock对象实现了Redlock介绍的加锁算法。该对象也可以用来将多个RLock对象关联为一个红锁,每个RLock对象实例可以来自于不同的Redisson实例。
RLock lock1 = redissonInstance1.getLock("lock1");
RLock lock2 = redissonInstance2.getLock("lock2");
RLock lock3 = redissonInstance3.getLock("lock3");
RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
// 同时加锁:lock1 lock2 lock3
// 红锁在大部分节点上加锁成功就算成功。
lock.lock();
...
lock.unlock();
大家都知道,如果负责储存某些分布式锁的某些Redis节点宕机以后,而且这些锁正好处于锁住的状态时,这些锁会出现锁死的状态。为了避免这种情况的发生,Redisson内部提供了一个监控锁的看门狗,它的作用是在Redisson实例被关闭前,不断的延长锁的有效期。默认情况下,看门狗的检查锁的超时时间是30秒钟,也可以通过修改Config.lockWatchdogTimeout来另行指定。
另外Redisson还通过加锁的方法提供了leaseTime的参数来指定加锁的时间。超过这个时间后锁便自动解开了。
RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3);
// 给lock1,lock2,lock3加锁,如果没有手动解开的话,10秒钟后将会自动解开
lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);
// 为加锁等待100秒时间,并在加锁成功10秒钟后自动解开
boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
...
lock.unlock();
Redisson红锁原理
RedissonRedLock extends RedissonMultiLock,所以实际上,redLock.tryLock实际调用:org.redisson.RedissonMultiLock.java#tryLock(),进而调用到其同类的tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) ,入参为:tryLock(-1, -1, null)
org.redisson.RedissonMultiLock.java#tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit)源码如下:
final List locks = new ArrayList();
/**
* Creates instance with multiple {@link RLock} objects.
* Each RLock object could be created by own Redisson instance.
*
* @param locks - array of locks
*/
public RedissonMultiLock(RLock... locks) {
if (locks.length == 0) {
throw new IllegalArgumentException("Lock objects are not defined");
}
this.locks.addAll(Arrays.asList(locks));
}
public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
long newLeaseTime = -1;
if (leaseTime != -1) {
newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime)*2;
}
long time = System.currentTimeMillis();
long remainTime = -1;
if (waitTime != -1) {
remainTime = unit.toMillis(waitTime);
}
long lockWaitTime = calcLockWaitTime(remainTime);
/**
* 1. 允许加锁失败节点个数限制(N-(N/2+1))
*/
int failedLocksLimit = failedLocksLimit();
/**
* 2. 遍历所有节点通过EVAL命令执行lua加锁
*/
List acquiredLocks = new ArrayList(locks.size());
for (ListIterator iterator = locks.listIterator(); iterator.hasNext();) {
RLock lock = iterator.next();
boolean lockAcquired;
/**
* 3.对节点尝试加锁
*/
try {
if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
lockAcquired = lock.tryLock();
} else {
long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime);
lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
} catch (RedisResponseTimeoutException e) {
// 如果抛出这类异常,为了防止加锁成功,但是响应失败,需要解锁所有节点
unlockInner(Arrays.asList(lock));
lockAcquired = false;
} catch (Exception e) {
// 抛出异常表示获取锁失败
lockAcquired = false;
}
if (lockAcquired) {
/**
*4. 如果获取到锁则添加到已获取锁集合中
*/
acquiredLocks.add(lock);
} else {
/**
* 5. 计算已经申请锁失败的节点是否已经到达 允许加锁失败节点个数限制 (N-(N/2+1))
* 如果已经到达, 就认定最终申请锁失败,则没有必要继续从后面的节点申请了
* 因为 Redlock 算法要求至少N/2+1 个节点都加锁成功,才算最终的锁申请成功
*/
if (locks.size() - acquiredLocks.size() == failedLocksLimit()) {
break;
}
if (failedLocksLimit == 0) {
unlockInner(acquiredLocks);
if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
return false;
}
failedLocksLimit = failedLocksLimit();
acquiredLocks.clear();
// reset iterator
while (iterator.hasPrevious()) {
iterator.previous();
}
} else {
failedLocksLimit--;
}
}
/**
* 6.计算 目前从各个节点获取锁已经消耗的总时间,如果已经等于最大等待时间,则认定最终申请锁失败,返回false
*/
if (remainTime != -1) {
remainTime -= System.currentTimeMillis() - time;
time = System.currentTimeMillis();
if (remainTime