谈谈Redis分布式锁的正确实现方法

在分布式系统中，为了避免因为多个线程同时对同一个资源进行写操作而出现的数据竞争问题，我们需要对关键代码段进行加锁，以保证在同一时间内只有一个线程对资源进行写操作。Redis作为一种高性能、高可用、可扩展的非关系型数据库，其分布式锁的实现也备受关注。

Redis分布式锁的基本原理

Redis分布式锁的基本原理是：当多个客户端请求获取同一个分布式锁时，只有一个客户端能够成功获取锁，其他客户端则需要等待直到拥有锁的客户端释放锁为止。

Redis分布式锁可通过Redis单点模式进行实现，也可通过Redis哨兵模式、Redis集群模式等进行实现。下面分别介绍这三种模式在Redis分布式锁实现的方法。

Redis单点模式实现分布式锁

在Redis单点模式下，我们可以采用以下三个基本步骤来实现分布式锁：

1. 客户端向Redis服务器发送一条SETNX命令，尝试获取锁。
2. 如果SETNX返回1，表示获取锁成功，获取到锁的客户端则保持锁的持有状态。
3. 如果SETNX返回0，表示获取锁失败，获取锁的客户端则等待一段随机事件后，重新尝试获取锁。

示例1：Java代码实现Redis单点锁

public class RedisLock {

    private static RedisClient redisClient;
    private static RedisConnection redisConnection;

    private String lockKey;
    private String requestId;
    private int expireTime;

    public boolean tryLock() {
        String result = redisConnection.set(lockKey, requestId, SetOption.SET_IF_ABSENT, Expiration.seconds(expireTime));
        if (result != null && "OK".equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    public void unlock() {
        redisConnection.eval("if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end", ReturnType.INTEGER, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId));
    }
}

在上面的示例代码中，我们通过Redis的eval命令来实现加锁和解锁操作。eval命令可以让我们在Redis客户端上执行一段Lua脚本，这样我们便可以通过一段复杂的Lua脚本来实现复杂的分布式锁逻辑。

Redis哨兵模式实现分布式锁

在Redis哨兵模式下，我们可以采用以下三个基本步骤来实现分布式锁：

1. 客户端向Redis的主服务器发送一条SETNX命令，尝试获取锁。
2. 如果SETNX返回1，表示获取锁成功，获取到锁的客户端则保持锁的持有状态。
3. 如果SETNX返回0，表示获取锁失败，获取锁的客户端则尝试向Redis的所有从服务器发送一条DEL命令，以删除其他客户端获取到的锁，然后重新尝试获取锁。

示例2：Java代码实现Redis哨兵锁

public class RedisSentinelLock {

    private static RedisClient redisClient;
    private static StatefulRedisSentinelConnection<String, String> sentinelConnection;

    private String lockKey;
    private String requestId;
    private int expireTime;

    public boolean tryLock() {
        RedisCommands<String, String> sync = sentinelConnection.sync();
        String result = sync.set(lockKey, requestId, SetArgs.Builder.nx().ex(expireTime));
        if (result != null && "OK".equals(result)) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    public void unlock() {
        RedisCommands<String, String> sync = sentinelConnection.sync();
        sync.eval("if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end", ScriptOutputType.INTEGER, new String[]{lockKey}, requestId);
    }
}

在上面的示例代码中，我们通过Redis的eval命令来实现加锁和解锁操作。与Redis单点模式下的eval命令不同的是，Redis哨兵模式下的eval命令需要指定需要执行eval命令的Redis节点，因为哨兵模式下的Redis集群包括一个主节点和多个从节点，如果我们直接在Redis从节点上执行eval命令，可能出现数据的不一致性问题。

Redis集群模式实现分布式锁

在Redis集群模式下，我们可以采用以下三个基本步骤来实现分布式锁：

1. 客户端向集群的某个节点节点发送一条SETNX命令，尝试获取锁。
2. 如果SETNX返回1，表示获取锁成功，获取到锁的客户端则保持锁的持有状态。
3. 如果SETNX返回0，表示获取锁失败，获取锁的客户端则尝试获取锁的当前节点所处的槽位信息并且对该槽位进行加锁操作，如果加锁成功，则表示获取锁成功，获取到锁的客户端则保持锁的持有状态。

示例3：Java代码实现Redis集群锁

public class RedisClusterLock {

    private static RedisClusterClient redisClusterClient;
    private static StatefulRedisClusterConnection<String, String> clusterConnection;

    private String lockKey;
    private String requestId;
    private int expireTime;

    public boolean tryLock() {
        RedisAdvancedClusterCommands<String, String> sync = clusterConnection.sync();
        String result = sync.set(lockKey, requestId, SetArgs.Builder.nx().ex(expireTime));
        if (result != null && "OK".equals(result)) {
            return true;
        }
        RedisClusterNode slotOwner = sync.clusterMyId().flatMap(sync::clusterSlots).orElseThrow(() -> new IllegalStateException("cannot find slot owner"));
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            String nodeId = slotOwner.getNodeId();
            String slotRange = slotOwner.getSlotRange().toString();
            result = sync.set("{slot:" + slotRange + "}:lock", requestId, SetArgs.Builder.nx().ex(expireTime));
            if (result != null && "OK".equals(result)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    public void unlock() {
        RedisAdvancedClusterCommands<String, String> sync = clusterConnection.sync();
        sync.eval("if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end",
                ScriptOutputType.INTEGER, new String[]{lockKey}, requestId);
        RedisClusterNode slotOwner = sync.clusterMyId().flatMap(sync::clusterSlots).orElseThrow(() -> new IllegalStateException("cannot find slot owner"));
        String slotRange = slotOwner.getSlotRange().toString();
        sync.eval("redis.call('del', KEYS[1])", ScriptOutputType.INTEGER, new String[]{"{slot:" + slotRange + "}:lock"});
    }
}

在上面的示例代码中，我们通过Redis的eval命令来实现加锁和解锁操作。Redis集群模式下的eval命令与Redis单点模式下的eval命令，以及Redis哨兵模式下的eval命令实现方法一致。在解锁操作时，我们需要向持有锁的节点所处的槽位发送一条DEL命令，以保证锁能够顺利地被释放。

总结

Redis分布式锁是在分布式系统中实现互斥访问的关键技术之一。本文简单介绍了Redis分布式锁的基本原理以及在Redis单点模式、Redis哨兵模式、Redis集群模式下实现分布式锁的方法，并给出了相应的Java代码示例。在实际开发中，我们需要根据系统特点以及同时考虑可靠性和性能等因素来选择适合的分布式锁实现方式。