锁是我们在实现大多数系统时绕不过的话题。一旦有竞态条件出现,任何不经保护的操作,都可能带来问题。而现代系统大多为分布式系统,这就引入了分布式锁,要求具有在分布各处的服务上保护资源的能力。而实现分布式锁,目前大多有以下 3 种方式:
- 使用数据库实现
- 使用 Redis 等缓存系统实现
- 使用 ZooKeeper 等分布式协调系统实现
其中 Redis 简便灵活,高可用分布式,且支持持久化。本文即介绍基于 Redis 实现分布式锁。
SETNX 语义使用 Redis 实现分布式锁,根本原理是 SETNX 指令。其语义如下:
如果 key 不存在,则设置 key 值为 value(同 set);如果 key 已经存在,则不执行赋值操作。并使用不同的返回值标识。官网文档。
还可以通过 SET 命令的 NX 选项使用:
SETNX 实现分布式锁NX – 仅在 key 不存在时执行赋值操作。官网文档。
而如下文所述,通过 SET 的 NX 选项使用,可同时使用其它选项,如 EX/PX 设置超时时间,是更好的方式。
下面我们对比下几种具体实现方式。
方案1:SETNX + Delete
伪代码如下:
此实现方式的问题在于:一旦服务获取锁之后,因某种原因挂掉,则锁一直无法自动释放。从而导致死锁。
方案2:SETNX + SETEX
伪代码如下:
按需设置超时时间。此方案解决了方案 1 死锁的问题,但同时引入了新的死锁问题:如果 SETNX 之后、SETEX 之前服务挂掉,会陷入死锁。根本原因为 SETNX/SETEX 分为了两个步骤,非原子操作。
方案3:SET NX PX
伪代码如下:
此方案通过 SET 的 NX/PX 选项,将加锁、设置超时两个步骤合并为一个原子操作,从而解决方案 1、2 的问题。( PX 与 EX 选项的语义相同,差异仅在单位。)此方案目前大多数SDK、Redis 部署方案都支持,因此是推荐使用的方式。
但此方案也有如下问题:
- 如果锁被错误的释放(如超时),或被错误的抢占,或因redis问题等导致锁丢失,无法很快的感知到。
方案4:SET Key RandomValue NX PX
方案 4 在 3 的基础上,增加对 value 的检查,只解除自己加的锁。类似于 CAS,不过是 compare-and-delete。此方案 Redis 原生命令不支持,为保证原子性,需要通过 Lua 脚本实现。
伪代码如下:
此方案更严谨:即使因为某些异常导致锁被错误的抢占,也能部分保证锁的正确释放。并且在释放锁时能检测到锁是否被错误抢占、错误释放,从而进行特殊处理。
注意事项超时时间
从上述描述可看出,超时时间是一个比较重要的变量:
- 超时时间不能太短,否则在任务执行完成前就自动释放了锁,导致资源暴露在锁保护之外。
- 超时时间不能太长,否则会导致意外死锁后长时间的等待。除非人为接入处理。
因此建议是根据任务内容,合理衡量超时时间,将超时时间设置为任务内容的几倍即可。如果实在无法确定而又要求比较严格,可以采用定期 SETEX/Expire 更新超时时间实现。
重试
如果拿不到锁,建议根据任务性质、业务形式进行轮询等待。等待次数需要参考任务执行时间。
与 Redis 事务的比较
SETNX 使用更为灵活方案。Multi/Exec 的事务实现形式更为复杂。且部分 Redis 集群方案 ( 如 Codis ),不支持 Multi/Exec 事务。
Golang Demo
基于 Redigo 简单实例代码如下:
参考