今天我們來聊一聊分布式鎖的那些事。

相信大家對鎖已經不陌生了，我們在多線程環境中，如果需要對同一個資源進行操作，為了避免數據不一致，我們需要在操作共享資源之前進行加鎖操作。在計算機科學中，鎖(lock)或互斥(mutex)是一種同步機制，用于在有許多執行線程的環境中強制對資源的訪問限制。

比如你去相親，發現你和一大哥同時和一個女的相親，那怎么行呢...，搞不好還要被揍一頓。

那什么是分布式鎖呢。當多個客戶端需要爭搶鎖時，我們就需要分布式鎖。這把鎖不能是某個客戶端本地的鎖，否則的話，其它客戶端是無法訪問的。所以分布式鎖是需要存儲在共享存儲系統中的，比如Redis、Zookeeper等，可以被多個客戶端共享訪問和獲取。今天我們就來看一下如何使用Redis來實現分布式鎖。

一、前言

在正式開始之前，我們先來了解兩個Redis的命令：

SETNX key value

這個命名的含義是，當key存在時，不做任何賦值操作；當key不存在時，就創建key，并賦值成value，即（不存在即設置）。

SET key value [EX seconds | PX milliseconds] NX

SET后加NX選項，就和SETNX命令類似了，也實現不存在即設置的功能。此外，這個命令在執行時，可以通過EX或者PX設置鍵值對的過期時間。

二、正文

開始之前，我們先引入一個場景：

假設要給某個商品舉行秒殺活動，我們事先把庫存數據100已經存入到了redis中，我們現在需要來進行庫存扣減。

如圖所示，我們假設有1000個客戶端來進行庫存扣減操作，那我們該如何做，才能保證庫存扣減順序一致且不會超扣呢。

我們首先想到的就是加鎖，在進行庫存扣減之前，我們先拿到鎖，然后進行扣減，最后再釋放鎖。在redis中我們創建一個key來代表一個鎖變量，然后對應的值來表示鎖變量的值。我們來看一下如何進行加鎖。

假設1000個客戶端同時進行加鎖請求。因為redis使用單線程來處理請求，所以redis會串行執行他們的請求操作。假設redis先處理客戶端2的請求，讀取lock_key的值，發現lock_key為0，所以客戶端2就把lock_key的value設置成1，表示已經進行了加鎖操作。如果此時客戶端3被處理，發現lock_key的值已經為1了，所以就返回加鎖失敗的信息。

當拿到鎖的客戶端2處理完共享資源后，就要進行釋放鎖的操作，釋放鎖很簡單，就是將lock_key重新設置為0。

由于加鎖操作包含了三個操作（讀取鎖變量、判斷鎖變量的值以及把鎖變量的值設置成1），而這三個操作在執行的過程中需要保證原子性。那怎么保證原子性呢？

我們可以使用SETNX命令來實現加鎖操作，SETNX命令表示key不存在時就創建，key存在時就不做任何賦值操作，當加鎖時候，我們執行

SETNX lock_key 1

對于釋放鎖操作來說，我們可以使用DEL命令來刪除鎖變量。比如客戶端2進行加鎖，執行SETNX lock_key 1，如果lock_key不存在，則會創建lock_key，返回加鎖成功，此時客戶端2可以進行共享資源的訪問。如果這時客戶端1來發起請求加鎖操作，而此時lock_key已經存在，SETNX lock_key 1不做任何賦值操作操作，返回加鎖失敗，所以客戶端1加鎖失敗。當客戶端2執行完共享資源訪問后，執行DEL命令來釋放鎖。此時當有其它客戶端再來訪問時，lock_key已經不存在了，就可以進行正常的加鎖操作了。所以，我們可以使用SETNX和DEL命令組合來進行加鎖和釋放鎖的操作。

不過這里有兩個問題：

1.當某個客戶端執行完SETNX命令、加鎖后，此時發生了異常，結果一直沒有執行DEL操作命令來釋放鎖。因此，這個客戶端一直占用著這個鎖，其它客戶端無法拿到鎖。

解決這個問題，一個有效的方法就是，給鎖變量設置一個過期時間。這樣一來，即使持有鎖的客戶端發生了異常，無法主動的釋放鎖，Redis也會根據鎖變量的過期時間把它刪除。其它客戶端在鎖變量過期后，就可以重新進行加鎖操作了。

2.如果客戶端1執行了SETNX命令加鎖后。如果此時客戶端2執行DEL命令刪除鎖，這時，客戶端A的鎖就被誤釋放了。這是我們不能接受的。

為了解決這個問題，我們需要能區分來自不同客戶端的鎖操作。我們該如何做呢？我們可以給每個客戶端生成一個唯一值，在進行加鎖時，我們把鎖變量賦值成這個唯一值。這樣在釋放鎖的時候，客戶端需要判斷，當前鎖變量的值是否和自己的唯一標識相等，在相等的情況下，才能釋放鎖。

下面來看一下如何在Redis中進行實現。我們可以使用SET加EX/PX和NX選項，來進行加鎖操作。

SET lock_key uuid NX PX 100

　其中lock_key是鎖變量，uuid表示客戶端的唯一標識，PX 100表示100ms過期。由于我們在釋放鎖時需要對比客戶端的標識和鎖變量的值是否一致，這包含了多個操作，為了保證原子性，我們需要使用lua腳本，下面是lua腳本的實現。

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then  
   return redis.call("del",KEYS[1])
else 
   return 0
end

其中KEY[1]表示lock_key，ARGV[1]表示當前客戶端的唯一標識，這兩個值是我們在執行lua腳本時作為參數傳入的。下面我們來看一下完整的代碼實現。

import redis
import traceback
import uuid
import time
 
class Inventory(object):
    def __init__(self):
        pool = redis.ConnectionPool(host='localhost', port=6379, decode_responses=True)
        client = redis.StrictRedis(connection_pool=pool, max_connections=20)
        self.client=client
        self.uuid=str(uuid.uuid1())
        print(self.uuid)
        self.key="lock_key"
        self.inventory_key="inventory"
    def unlock(self):
        unlock_script="" \

                      "if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] then" \

                      "   return redis.call(\"del\",KEYS[1])" \

                      "else" \

                      "   return 0 " \

                      "end"
        try:
            unlock_cmd=self.client.register_script(unlock_script)
            result=unlock_cmd(keys=[self.key],args=[self.uuid])
            if result==1:
                print("釋放成功")
            else:
                print("釋放出錯")
        except:
            print(traceback.format_exc())
 
    def lock(self):
        try:
          while True:
             result=self.client.set(self.key,self.uuid,px=100,nx=True)
             print(result)
             if result==1:
                 break
 
             print("sleep 1s")
             time.sleep(1)
          print("加鎖成功")
          return True
        except:
          print(traceback.format_exc())
    def inventory(self):
        if self.lock():
           print("庫存扣減")
           self.client.decr(self.inventory_key)
           print("扣減完成")
           self.unlock()
 
 
inv=Inventory()
inv.inventory()

到此，我們就把Redis實現分布式鎖就聊完了。既然都讀到了這里，不妨給個「三連」吧，你的三連就是我最大的動力。

到此這篇關于Redis如何實現分布式鎖的文章就介紹到這了,更多相關Redis 分布式鎖內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！