问题背景
现在的应用程序架构中,很多服务都是多副本运行,从而保证服务的稳定性。一个服务实例挂了,其他服务依旧可以接收请求。但是服务的多副本运行随之也会引来一些分布式问题,比如某个接口的处理逻辑是这样的:接收到请求后,先查询 DB 看是否有相关的数据,如果没有则插入数据,如果有则更新数据。在这种场景下如果相同的 N 个请求并发发到后端服务实例,就会出现重复插入数据的情况:
解决方案
针对上面问题,一般的解决方案是使用分布式锁来解决。同一个进程内的话用本进程内的锁即可解决,但是服务多实例部署的话是分布式的,各自进程独立,这种情况下可以设置一个全局获取锁的地方,各个进程都可以通过某种方式获取这个全局锁,获得到锁后就可以执行相关业务逻辑代码,没有拿到锁则跳过不执行,这个全局锁就是我们所说的分布式锁。分布式锁一般有三种实现方式:1. 数据库乐观锁;2. 基于Redis的分布式锁;3. 基于ZooKeeper的分布式锁。
我们这里介绍如何基于 Redis 的分布式锁来解决分布式并发问题:Redis 充当获取全局锁的地方,每个实例在接收到请求的时候首先从 Redis 获取锁,获取到锁后执行业务逻辑代码,没争抢到锁则放弃执行。
主要实现原理:
Redis 锁主要利用 Redis 的 setnx 命令:
加锁命令:SETNX key value,当键不存在时,对键进行设置操作并返回成功,否则返回失败。KEY 是锁的唯一标识,一般按业务来决定命名。Value 一般用 UUID 标识,确保锁不被误解。
解锁命令:DEL key,通过删除键值对释放锁,以便其他线程可以通过 SETNX 命令来获取锁。
锁超时:EXPIRE key timeout, 设置 key 的超时时间,以保证即使锁没有被显式释放,锁也可以在一定时间后自动释放,避免资源被永远锁住。
可靠性:
为了确保分布式锁可用,我们至少要确保锁的实现同时满足以下四个条件:
- 互斥性。在任意时刻,保证只有一台机器的一个线程可以持有锁;
- 不会发生死锁。即使有一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁,也能保证后续其他客户端能加锁;
- 具备非阻塞性。一旦获取不到锁就立刻返回加锁失败;
- 加锁和解锁必须是同一个客户端,客户端自己不能把别人加的锁给解了;
SpringBoot 集成使用 Redis 分布式锁
写了一个 RedisLock 工具类,用于业务逻辑执行前加锁和业务逻辑执行完解锁操作。这里的加锁操作可能实现的不是很完善,有加锁和锁过期两个操作原子性问题,如果 SpringBoot 版本是2.x的话是可以用注释中的代码在加锁的时候同时设置锁过期时间,如果 SpringBoot 版本是2.x以下的话建议使用 Lua 脚本来确保操作的原子性,这里为了简单就先这样写:
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Component
public class RedisLock {
@Autowired
StringRedisTemplate redisTemplate;
public boolean lock(String lockKey, String identity, long expireTime) {
// 由于我们目前 springboot 版本比较低,1.5.9,因此还不支持下面这种写法
// return redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, identity, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, identity)) {
redisTemplate.expire(lockKey, expireTime, TimeUnit.SECONDS);
return true;
}
return false;
}
public boolean releaseLock(String lockKey, String identity) {
String luaScript = "if " +
" redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] " +
"then " +
" return redis.call('del', KEYS[1]) " +
"else " +
" return 0 " +
"end";
DefaultRedisScript<Boolean> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
redisScript.setResultType(Boolean.class);
redisScript.setScriptText(luaScript);
List<String> keys = new ArrayList<>();
keys.add(lockKey);
Object result = redisTemplate.execute(redisScript, keys, identity);
return (boolean) result;
}
}
使用示例
这里只贴出关键的使用代码,注意:锁的 key 根据自己的业务逻辑命名,能唯一标示同一个请求即可。value 这里设置为 UUID,为了确保释放锁的时候能正确释放(只释放自己加的锁)。
@Autowired
private RedisLock redisLock; // redis 分布式锁
String redisLockKey = String.format("%s:docker-image:%s", REDIS_LOCK_PREFIX, imageVo.getImageRepository());
String redisLockValue = UUID.randomUUID().toString();
try {
if (!redisLock.lock(redisLockKey, redisLockValue, REDIS_LOCK_TIMEOUT)) {
logger.info("redisLockKey [" + redisLockKey + "] 已存在,不执行镜像插入和更新");
result.setMessage("新建镜像频繁,稍后重试,锁占用");
return result;
}
... // 执行业务逻辑
catch (Execpion e) {
... // 异常处理
} finally { // 释放锁
if (!redisLock.releaseLock(redisLockKey, redisLockValue)) {
logger.error("释放redis锁 [" + redisLockKey + "] 失败);
} else {
logger.error("释放redis锁 [" + redisLockKey + "] 成功");
}
}
参考文档
https://www.jianshu.com/p/6c2f85e2c586
https://xiaomi-info.github.io/2019/12/17/redis-distributed-lock/
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