Redis(十一) 分布式锁

一.分布式锁

1.1 为什么要使用分布式锁

例如一个简单的用户操作，一个线程去修改用户的状态，首先从数据库中读出用户的状态，然后在内存中进行修改，修改完成后，再存回去。
如果是在单线程中，这个操作没有问题的。
如果是在多线程中，在我们进行修改的时候。先读取数据，再修改数据，最后存取数据，这是三个操作并不是一步完成的，所以在多线程中，这样做就有问题了。

1.2 分布式锁基本用法

分布式锁实现的思路很简单，就是进来一个线城先占位，当别的线城进来操作时，发现已经有人占位了，就会放弃或者稍后再试。

注意：分布式锁操作中，我们一般使用Redis的setnx指令，先进来的线程先占位，线程的操作执行完成后，再去调用del指令去释放所占用的位置。

方法一： 用普通多线程的思想去解决这个问题

实际操作：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
//没人占位
                jedis.set("name", "javaboy");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//释放资源
            }else{
//有人占位，停止/暂缓 操作
            }
        });
    }
}
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方法二： 解决方法一中的抛出异常和线程挂掉的问题

注意： 上面这样操作是有问题的。

如果业务执行过程中要抛异常或者挂了，这样就会导致del指令没有被调用，这样的话，k1就无法被释放，导致后来的请求会全部的堵塞在这里，锁没办法被释放。

问题解决的办法：给这个锁去设置一个过期的时间，确保锁在一定时间后一定会被释放，以防止抛出异常或者直接挂掉所导致的锁被占用。改进后的代码如下：

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            Long setnx = jedis.setnx("k1", "v1");
            if (setnx == 1) {
                //给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
                jedis.expire("k1", 5);
                //没人占位
                jedis.set("name", "javaboy");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//释放资源
            }else{
                //有人占位，停止/暂缓 操作
            }
        });
    }
}
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方法三：解决方法二中的服务器挂掉所导致的锁没办法释放的问题

注意：这么写还是会有问题，就是在获取锁和设置过期时间之间如果服务器突然挂掉了，还是会导致锁被占用无法及时得到释放，还是会造成死锁，因为获取锁和设置过期时间其实是两个操作，不具备原子性。
为了解决这个问题，从Redis2.8开始，setnx和expire可以通过一个命令来一起执行了，所以我们再进行改进一下。

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Redis redis = new Redis();
        redis.execute(jedis->{
            String set = jedis.set("k1", "v1", new SetParams().nx().ex(5));
            if (set !=null && "OK".equals(set)) {
//给锁添加一个过期时间，防止应用在运行过程中抛出异常导致锁无法及时得到释放
                jedis.expire("k1", 5);
//没人占位
                jedis.set("name", "javaboy");
                String name = jedis.get("name");
                System.out.println(name);
                jedis.del("k1");//释放资源
            }else{
//有人占位，停止/暂缓 操作
            }
        });
    }
}
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方法四：解决上述方法中遗留的设置锁时间的问题

注意：在方法二中，为了去解决业务代码在执行的时候抛出异常，我们给每一个锁通过jedis.expire("k1", 5);设置一个超时时间去设置了一个超时时间，即，当锁被占用的时间超时了之后，锁会被自动释放，例如：在此处我们设置的超时时间是5s，超过了5s，这个锁就被自动释放了。

但是这也带来了一个新问题：如果要执行的业务非常耗时，可能会出现紊乱。
举个例子：第一个线程首先获取到锁，然后去执行业务代码，但是我们第一个线程的业务非常麻烦，花费了8s，但是当执行到第五秒不就超时了吗，就会自动去释放第一个线程锁占用的锁。然后在第五秒的时候第二个线程进来占位使用了,可是当第八秒的时候,第一个线程执行完毕了，此时第一个线程就会被释放，就会去执行释放锁的操作，但是他不是没有锁了吗，他就去释放了第二个线程的锁，释放完了之后第三个线程又进来了，冤种线程们就重复执行上面的步骤，越弄越乱。
那么面对这种问题我们要怎么去解决？

一般来说有两种方法：

方法1.尽量避免在获取锁之后，执行耗时操作。
方法2.可以在锁上做文章，将锁的value设置为一个随机的字符串，这样当每次释放锁的时候，都去比骄傲随机的字符串是否相同，如果相同，就再去执行释放的流程，不如不相同就不用释放。

对于方法2，由于释放锁的时候，要去第一步要去查看锁的value，第二步要去比较value的值是否正确，第三步释放锁。这三个步骤，但是这三个步骤明显不具备原子性，为了解决这个问题，我们去引入Lua脚本。

Lua脚本的优势：

优势1：使用方便，Redis中内置了对Lua脚本的支持。
优势2：Lua脚本可以在Redis服务端原子的去执行多个Redis命令。
优势3：由于网络在很大程度上会影响到Redis的性能，而使用Lua脚本可以让多个命令一次被执行，可以有效的解决网络给Redis造成的性能的问题。

为什么要使用Lua脚本：尽管Redis在6的时候已经默认使用多线程了，但是本质最核心的还是单线程来进行操作的，就会出现很多问题，但是如果我们在Redis中使用Lua脚本的话，Redis就默认Lua脚本中一系列的操作为一个原子操作。（Redis中默认支持了Lua脚本的支持，我们可以直接使用）

在Redis中，使用Lua脚本，主要以两种思路：
1.提前在Redis服务端i下好Lua脚本，然后在java客户端去调用脚本（这里我们推荐这种方法）
2.可以直接在Java端去写Lua的脚本，写好后需要执行的时候每次将脚本发送到Redis上去执行。

本次Lua脚本内容如下：

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

第一行解释:
if redis.call(“get”,KEYS[1])==ARGV[1] then
首先redis.call 表示redis要去执行接下来的命令
其次 (“get”,KEYS[1])==ARGV[1] 表示等下我java代码去调用这个Lua脚本的时候要去传递两种参数，第一组参数是keys，第二组参数叫ARGV，而KEYS[1]指的是我等下传的KEYS里面的第一个参数，即等下Redis执行这一段Lua脚本我们JAVA要去传递三个参数，第一个参数是要执行的Lua脚本的参数，第二个参数是KEYS的list集合，第三个参数是ARGV的list集合，1就是访问第一个

linux上操作的步骤

1.创一个Redis中创一个lua文件夹
2.进入创一个xxx.lua 文件
3.vi进入拷贝入我们上面的代码

退到redis路径下去执行

src/redis-cli -a 123 -x script load < lua/mylua.lua
lua/mylua.lua解释
lua是我的文件夹
mylua.lua是我的lua文件的名字，你的看着更改

java中调用脚本即可

public static void main(String[] args) {
        new Redis().execute(jedis -> {
//            Long result = jedis.setnx("k1", "v1");
            //下面这个是 setnx 和 setex 二合一
            String value = UUID.randomUUID().toString();
            String result = jedis.set("k1", value, new SetParams().nx().ex(10L));
            if ("OK".equals(result)) {
//                jedis.expire("k1", 30);
                //说明没有人往 redis 存 k1
                jedis.set("name", "zhangsan");
                try {
                    Thread.sleep(20000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //如果这两个值相等，说明目前的锁就是我自己加的，如果不相等，说明这个锁是别人加的
//                if (jedis.get("k1").equals(value)) {
//                    jedis.del("k1");
//                }
                jedis.evalsha("c2ee3882740fd0eff9dc0125fa36eb206831cf94", Arrays.asList("k1"), Arrays.asList(value));
            } else {
                //说明有人正在操作，停一会重试
            }
        });
    }
}
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