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問題背景

現(xiàn)在的應用程序架構中，很多服務都是多副本運行，從而保證服務的穩(wěn)定性。一個服務實例掛了，其他服務依舊可以接收請求。但是服務的多副本運行隨之也會引來一些分布式問題，比如某個接口的處理邏輯是這樣的：接收到請求后，先查詢 DB 看是否有相關的數(shù)據(jù)，如果沒有則插入數(shù)據(jù)，如果有則更新數(shù)據(jù)。在這種場景下如果相同的 N 個請求并發(fā)發(fā)到后端服務實例，就會出現(xiàn)重復插入數(shù)據(jù)的情況：

解決方案

針對上面問題，一般的解決方案是使用分布式鎖來解決。同一個進程內的話用本進程內的鎖即可解決，但是服務多實例部署的話是分布式的，各自進程獨立，這種情況下可以設置一個全局獲取鎖的地方，各個進程都可以通過某種方式獲取這個全局鎖，獲得到鎖后就可以執(zhí)行相關業(yè)務邏輯代碼，沒有拿到鎖則跳過不執(zhí)行，這個全局鎖就是我們所說的分布式鎖。分布式鎖一般有三種實現(xiàn)方式：1. 數(shù)據(jù)庫樂觀鎖；2. 基于Redis的分布式鎖；3. 基于ZooKeeper的分布式鎖。

我們這里介紹如何基于 Redis 的分布式鎖來解決分布式并發(fā)問題：Redis 充當獲取全局鎖的地方，每個實例在接收到請求的時候首先從 Redis 獲取鎖，獲取到鎖后執(zhí)行業(yè)務邏輯代碼，沒爭搶到鎖則放棄執(zhí)行。

主要實現(xiàn)原理：

Redis 鎖主要利用 Redis 的 setnx 命令：

加鎖命令：SETNX key value，當鍵不存在時，對鍵進行設置操作并返回成功，否則返回失敗。KEY 是鎖的唯一標識，一般按業(yè)務來決定命名。Value 一般用 UUID 標識，確保鎖不被誤解。

解鎖命令：DEL key，通過刪除鍵值對釋放鎖，以便其他線程可以通過 SETNX 命令來獲取鎖。

鎖超時：EXPIRE key timeout, 設置 key 的超時時間，以保證即使鎖沒有被顯式釋放，鎖也可以在一定時間后自動釋放，避免資源被永遠鎖住。

可靠性：

為了確保分布式鎖可用，我們至少要確保鎖的實現(xiàn)同時滿足以下四個條件：

互斥性。在任意時刻，保證只有一臺機器的一個線程可以持有鎖；
不會發(fā)生死鎖。即使有一個客戶端在持有鎖的期間崩潰而沒有主動解鎖，也能保證后續(xù)其他客戶端能加鎖；
具備非阻塞性。一旦獲取不到鎖就立刻返回加鎖失??；
加鎖和解鎖必須是同一個客戶端，客戶端自己不能把別人加的鎖給解了；

SpringBoot 集成使用 Redis 分布式鎖

寫了一個 RedisLock 工具類，用于業(yè)務邏輯執(zhí)行前加鎖和業(yè)務邏輯執(zhí)行完解鎖操作。這里的加鎖操作可能實現(xiàn)的不是很完善，有加鎖和鎖過期兩個操作原子性問題，如果 SpringBoot 版本是2.x的話是可以用注釋中的代碼在加鎖的時候同時設置鎖過期時間，如果 SpringBoot 版本是2.x以下的話建議使用 Lua 腳本來確保操作的原子性，這里為了簡單就先這樣寫：

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;
/**
 * @description: Redis分布式鎖實現(xiàn)工具類
 * @author: qianghaohao
 * @time: 2021/7/19
 */
@Component
public class RedisLock {
    @Autowired
    StringRedisTemplate redisTemplate;
    /**
     * 獲取鎖
     *
     * @param lockKey    鎖
     * @param identity   身份標識（保證鎖不會被其他人釋放）
     * @param expireTime 鎖的過期時間（單位：秒）
     * @return
     */
    public boolean lock(String lockKey, String identity, long expireTime) {
        // 由于我們目前 springboot 版本比較低，1.5.9，因此還不支持下面這種寫法
        // 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;
    }
    /**
     * 釋放鎖
     *
     * @param lockKey  鎖
     * @param identity 身份標識（保證鎖不會被其他人釋放）
     * @return
     */
    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

這里只貼出關鍵的使用代碼，注意：鎖的 key 根據(jù)自己的業(yè)務邏輯命名，能唯一標示同一個請求即可。value 這里設置為 UUID，為了確保釋放鎖的時候能正確釋放（只釋放自己加的鎖）。

@Autowired
private RedisLock redisLock;  // redis 分布式鎖

        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，不執(zhí)行鏡像插入和更新");
                result.setMessage("新建鏡像頻繁，稍后重試，鎖占用");
                return result;
            }
            ... // 執(zhí)行業(yè)務邏輯
       catch (Execpion e) {
            ... // 異常處理
       } finally {  // 釋放鎖
            if (!redisLock.releaseLock(redisLockKey, redisLockValue)) {
                logger.error("釋放redis鎖 [" + redisLockKey + "] 失敗);
            } else {
                logger.error("釋放redis鎖 [" + redisLockKey + "] 成功");
            }
        }