redis来实现分布式锁的原理就是将程序中一个唯一的key写入redis中,当有其他分布式应用要访问时候此key时,就去redis中读取,读取到了则说明此数据正在被处理,读取不到则说明可以进行处理;
但是,想将分布式锁处理的妥当,还真不是一件轻松地事情,继续往后看。
在redis实现的分布式锁中,我们需要强调以下几点,只有保证了以下几点,才可说是确保了锁的实现:
(1)互斥,在任何时刻,对于同一条数据,只有一台应用可以获取到分布式锁;
(2)不能发生死锁,一台服务器挂了,程序没有执行完,但是redis中的锁却永久存在了,那么已加锁未执行完的数据,就永远得不到处理了,直到人工发现,或者监控发现;
(3)高可用性,可以保证程序的正常加锁,正常解锁;
(4) 加锁解锁必须由同一台服务器进行,不能出现你加的锁,别人给你解锁了。
多数实现使用的是setnx()方法和expire()方法实现,而在redis最新版本中使用的是set()方法;
在分布式系统环境下,val的值可以设置成该机器的唯一标识,例如时间+请求号。为什么这么说,当一个服务器向redis加锁时候,我们需要确定这个key是来自于哪台服务器,在解锁时需要校验是不是解锁的请求来自于同一个服务器;
SET(key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]) 方法:
(1)key,我们使用key来当锁,key是唯一的。 (2)value,我们传的是“时间+请求号”,通过给value赋值我们在解锁的时候就会传递同样的数据进行解锁。不至于出现不同的服务器对key进行解锁。为什么说,不允许出现不同的服务器对一个key进行解锁?我们后面讲解。 (3)nxxx,NX意思为SET IF NOT EXIST,即当key不存在时,我们进行set操作;若key已经存在,则不做任何操作; (4)expx,PX意思是给这个key加一个过期设置,具体时间由第五个参数决定。 (5)time,代表key的过期时间,单位毫秒。
$redis = new \Redis();
$rt = $redis->connect('127.0.0.1', 6379, 0.01);
$redis->set('test','hello word',['NX', 'PX' => 10]);
说完了上锁,接下来说说解锁:
解锁,就是将key删除,你可能会觉得调用redis删除方法就行了呗,事实并不是如此;
$redis->del($key);
我们前面说了,在分布式环境中,哪台服务器加的锁,在解锁时候,还让那台服务器来解锁。不能出现A服务器加锁,而B服务器解锁的情况;而上面的代码就会出现这种情况。
当A服务器将一个key设置超时时间为5秒钟,获取到锁执行业务逻辑,但是呢,5秒钟没有执行完,此时key由于到了过期时间而被删除了。正好B服务器进行了获取锁操作,发现key没有上锁,进而加锁开始执行业务逻辑。过了1秒后,A服务器执行完毕,执行释放所操作,del(key),将B服务器上的锁给删除了。A、B服务器对同一个可以执行了一样的操作;
由于判断和del()操作不是原子性的,那么就会存在判断后,让其他服务器删除的情况;
例如:A服务器加锁,执行业务逻辑,很快执行完毕,进行解锁操作,解锁判断,OK,准备进行del()操作,此时CPU切换到执行别的操作了,或者JVM虚拟机进行垃圾回收操作。这时候,key到了过期时间,B服务器执行获取到锁,执行业务逻辑,还没执行完成,A服务器复活,执行del()操作,删除key;此时,A服务器上的锁,超时而被删除,B服务器加锁,A服务器将其删除;
终极大招,lua脚本实现:
$luaScript = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end";
eval($luaScript,$key,$value);
通过lua脚本,解决了 解铃还须系铃人 的问题。
PHP代码实现
<?php
class RedLock
{
private $retryDelay;
private $retryCount;
private $clockDriftFactor = 0.01;
private $quorum;
private $servers = array();
private $instances = array();
function __construct(array $servers, $retryDelay = 200, $retryCount = 3)
{
$this->servers = $servers;
$this->retryDelay = $retryDelay;
$this->retryCount = $retryCount;
$this->quorum = min(count($servers), (count($servers) / 2 + 1));
}
public function lock($resource, $ttl)
{
$this->initInstances();
$token = uniqid();
$retry = $this->retryCount;
do {
$n = 0;
$startTime = microtime(true) * 1000;
foreach ($this->instances as $instance) {
if ($this->lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)) {
$n++;
}
}
# Add 2 milliseconds to the drift to account for Redis expires
# precision, which is 1 millisecond, plus 1 millisecond min drift
# for small TTLs.
$drift = ($ttl * $this->clockDriftFactor) + 2;
$validityTime = $ttl - (microtime(true) * 1000 - $startTime) - $drift;
if ($n >= $this->quorum && $validityTime > 0) {
return [
'validity' => $validityTime,
'resource' => $resource,
'token' => $token,
];
} else {
foreach ($this->instances as $instance) {
$this->unlockInstance($instance, $resource, $token);
}
}
// Wait a random delay before to retry
$delay = mt_rand(floor($this->retryDelay / 2), $this->retryDelay);
usleep($delay * 1000);
$retry--;
} while ($retry > 0);
return false;
}
public function unlock(array $lock)
{
$this->initInstances();
$resource = $lock['resource'];
$token = $lock['token'];
foreach ($this->instances as $instance) {
$this->unlockInstance($instance, $resource, $token);
}
}
private function initInstances()
{
if (empty($this->instances)) {
foreach ($this->servers as $server) {
list($host, $port, $timeout) = $server;
$redis = new \Redis();
$redis->connect($host, $port, $timeout);
$this->instances[] = $redis;
}
}
}
private function lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)
{
return $instance->set($resource, $token, ['NX', 'PX' => $ttl]);
}
private function unlockInstance($instance, $resource, $token)
{
$script = '
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
return 0
end
';
return $instance->eval($script, [$resource, $token], 1);
}
}
?>
实例
<?php
require_once __DIR__ . '/src/RedLock.php';
$servers = [
['127.0.0.1', 6379, 0.01],
['127.0.0.1', 6389, 0.01],
['127.0.0.1', 6399, 0.01],
];
$redLock = new RedLock($servers);
while (true) {
$lock = $redLock->lock('test', 10000);
if ($lock) {
print_r($lock);
} else {
print "Lock not acquired\n";
}
}