21| 原生分布式锁-Redisson分布式锁防止个人超领优惠券 小滴课堂讲师 2024年08月08日 预计阅读 13 分钟 原文 ### 超领业务问题和效果 - 优惠券限制1⼈限制1张，有些⼈却领了2张 - 优惠券限制1⼈限制2张，有些⼈却领了3或者4张 举例： 有个洗发水100元，有个10元优惠券，每⼈限制领劵1张，老王使用时间暂停思维来发现问题，并发领劵。A线程原先查询出来没有领劵，要再插⼊领劵记录前暂停然后B线程原先查询出来也没有领劵，则插⼊领劵记录，然后A线程也插⼊领劵记录。⽼王就有了两个优惠券 `问题来源核⼼：对资源的修改没有加锁，导致多个线程可以同时操作，从⽽导致数据不正确` `解决问题：分布式锁 或者 细粒度分布式锁`。 避免单⼈超领劵： - 加锁 - `本地锁：synchronize、lock`等，锁在当前进程内，集群部署下依旧存在问题 - `分布式锁：redis、zookeeper`等实现，虽然还是锁，但是`多个进程共⽤的锁标记`，可以⽤`Redis、Zookeeper、Mysql等都可以` 设计分布式锁应该考虑的东⻄ - `排他性`：在分布式应⽤集群中，同⼀个⽅法在同⼀时间`只能被⼀台机器上的⼀个线程执⾏`。 - `容错性`：分布式锁`⼀定能得到释放`，⽐如客户端奔溃或者⽹络中断。 - 满⾜`可重⼊、⾼性能、⾼可⽤` - 注意分布式锁的`开销、锁粒度` ### 基于Redis实现分布式锁的方式及问题 实现分布式锁 可以⽤`Redis、Zookeeper、Mysql`数据库这⼏种 , `性能最好的是Redis`且是最容易理解。 分布式锁离不开`key - value`设置 - key 是`锁的唯⼀标识`，⼀般按业务来决定命名，⽐如想要给⼀种商品的秒杀活动加锁，key 命名为 “`seckill`商品ID”。 - value就可以使⽤`固定值`，⽐如设置成1 基于redis实现分布式锁，⽂档：http://www.redis.cn/commands.html#string - 加锁 `SETNX key value` - setnx 的含义就是 `SET if Not Exists`，有两个参数`setnx(key, value)`，该⽅法是原⼦性操作 - 如果 key 不存在，则设置当前 key 成功，返回 1； - 如果当前 key 已经存在，则设置当前 key 失败，返回 0 - 解锁 `del (key)` - 得到锁的线程执⾏完任务，需要`释放锁`，以便其他线程可以进⼊,调⽤`del(key)`配置`锁超时expire(key,30s)` - 客户端奔溃或者`⽹络中断，资源将会永远被锁住,即死锁`，因此需要给key`配置过期时间`，以保证即使没有被显式释放，这把锁也要在⼀定时间后`⾃动释放`。 实现的伪代码： ```java methodA(){ String key = "coupon_66" if（setnx（key，1） == 1）{ expire(key,30,TimeUnit.MILLISECONDS) try { //做对应的业务逻辑 //查询⽤户是否已经领券 //如果没有则扣减库存 //新增领劵记录 } finally { del（key） } }else{ //睡眠100毫秒，然后⾃旋调⽤本⽅法 methodA() } } ``` 存在什么问题？ - **多个命令之间不是原⼦性操作，如setnx和expire之间，如果setnx成功，但是expire失败，且宕机了，则这个资源就是死锁**。 - 业务超时，`存在其他线程勿删`，key 30秒过期，假如线程A执⾏很慢超过30秒，则key就被释放了，其他线程B就得到了锁，这个时候线程A执⾏完成，⽽B还没执⾏完成，结果就是线程`A删除了线程B加的锁`。(**设置超时时间太短导致业务还未执行完就释放了的问题**) ```java // 可以在 del 释放锁之前做⼀个判断，验证当前的锁是不是⾃⼰加的锁, 那value 应该是存当前线程的标识或者uuid String key = "coupon_66" String value =Thread.currentThread().getId() if（setnx（key，value） == 1）{ expire(key,30,TimeUnit.MILLISECONDS) try { //做对应的业务逻辑 } finally { //删除锁，判断是否是当前线程加的 if(get(key).equals(value)){ //还存在时间间隔 del（key） } } }else{ //睡眠100毫秒，然后⾃旋调⽤本⽅法 } ``` 进⼀步细化误删: - 当线程A获取到正常值时，返回带代码中判断期间锁过期了，线程B刚好重新设置了新值，线程A那边有判断value是⾃⼰的标识，然后调⽤del⽅法，结果就是删除了新设置的线程B的值。 - 核⼼还是`判断和删除命令不是原⼦性操作导致`。 ### 分布式锁lua脚本+redis解决非原子操作导致死锁问题 redis做分布式锁存在的问题 - 核⼼是`保证多个指令原⼦性`，加锁使⽤`setnx setex`可以保证原⼦性，那解锁使⽤判断和删除怎么保证原⼦性 ⽂档：http://www.redis.cn/commands/set.html (官方不推荐使用) - **多个命令的原⼦性：采⽤ lua脚本+redis, 由于【判断和删除】是lua脚本执⾏，所以要么全成功，要么全失败** ```java //获取lock的值和传递的值⼀样，调⽤删除操作返回1，否则返回0 String script = "if redis.call('get',KEYS[1])== ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end"; //Arrays.asList(lockKey)是key列表，uuid是参数 Integer result = redisTemplate.execute(newDefaultRedisScript<>(script, Integer.class),Arrays.asList(lockKey), uuid); ``` 代码实现： ```java /** * 原⽣分布式锁 开始 * 1、原⼦加锁 设置过期时间，防⽌宕机死锁 * 2、原⼦解锁：需要判断是不是⾃⼰的锁 */ String uuid = CommonUtil.generateUUID(); String lockKey = "lock:coupon:"+couponId; Boolean nativeLock=redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey,uuid,Duration.ofSeconds(30)); if(nativeLock){ //加锁成功 log.info("加锁：{}",nativeLock); try { //执⾏业务 TODO }finally { String script = "if redis.call('get',KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del',KEYS[1]) else return 0 end"; Integer result = redisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Integer.class), Arrays.asList(lockKey), uuid); log.info("解锁：{}",result); } }else { //加锁失败，睡眠100毫秒，⾃旋᯿试 try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100L); } catch (InterruptedException e) { } return addCoupon( couponId, couponCategory); } //原⽣分布式锁 结束 } ``` 遗留⼀个问题，锁的过期时间，`如何实现锁的⾃动续期或者避免业务执⾏时间过⻓`，锁过期了？ - 原⽣⽅式的话，⼀般`把锁的过期时间设置久⼀点`，⽐如10分钟时间。 ### redis官方推荐-分布式锁最佳实践Redisson 原⽣代码+redis实现分布式锁使⽤⽐较复杂，且有些锁续期问题更难处理。 官⽅推荐⽅式：https://redis.io/topics/distlock - 多种实现客户端框架(`java中推荐Redisson`) Redisson官⽅中⽂⽂档：https://github.com/redisson/redisson/wiki/%E7%9B%AE%E5%BD%95 **使用Redisson的redis必须要设置密码** 聚合⼯程锁定版本，common项⽬添加依赖（多个服务都会⽤到分布式锁） ```xml <!--分布式锁--> <dependency> <groupId>org.redisson</groupId> <artifactId>redisson</artifactId> <version>3.10.1</version> </dependency> ``` 创建redisson客户端 ```java @Configuration @Data public class RedissonConfig { @Value("${spring.redis.host}") private String redisHost; @Value("${spring.redis.port}") private String redisPort; @Value("${spring.redis.password}") private String redisPwd; /** * 配置分布式锁的redisson */ @Bean public RedissonClient redissonClient() { Config config = new Config(); //单机方式 config.useSingleServer().setPassword(redisPwd).setAddress("redis://" + redisHost + ":" + redisPort); //集群 // config.useClusterServers().addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379","redis://127.0.0.2:6379") return Redisson.create(config); } } ``` 模拟controller接⼝测试 ```JAVA @GetMapping("lock") public JsonData testLock() { RLock lock = redissonClient.getLock("lock:coupon:1"); //阻塞等待 //lock.lock(10,TimeUnit.MILLISECONDS); lock.lock(); try { log.info("加锁成功，处理业务逻辑。。。。。。" + Thread.currentThread().getId()); TimeUnit.SECONDS.sleep(20); } catch (Exception e) { } finally { log.info("解锁成功，其他线程可以进去。。。。。。" + Thread.currentThread().getId()); lock.unlock(); } return JsonData.buildSuccess(); } ``` 领劵redisson分布式锁实现 ```java @Resource private RedissonClient redissonClient; @Transactional(rollbackFor=Exception.class,propagation= Propagation.REQUIRED) @Override public JsonData addCoupon(Long couponId, CouponCategoryEnum category) { LoginUser loginUser = LoginInterceptor.threadLocal.get(); String lockKey = "lock:coupon:" + couponId; RLock rLock = redissonClient.getLock(lockKey); //多个线程进入，会阻塞等待释放锁 rLock.lock(); log.info("领劵接口加锁成功:{}", Thread.currentThread().getId()); try { CouponEntity coupon = baseMapper.selectOne( Wrappers.<CouponEntity>lambdaQuery() .eq(CouponEntity::getId, couponId).eq(CouponEntity::getCategory, category.name())); //优惠券是否可以领取 this.checkCoupon(coupon, loginUser.getId()); //构建领劵记录 CouponRecordEntity couponRecord = new CouponRecordEntity(); BeanUtils.copyProperties(coupon, couponRecord); couponRecord.setCreateTime(new Date()); couponRecord.setUseState(CouponStateEnum.NEW.name()); couponRecord.setUserId(loginUser.getId()); couponRecord.setUserName(loginUser.getName()); couponRecord.setCouponId(couponId); couponRecord.setId(null); //扣减库存 int rows = baseMapper.reduceStock(couponId); if (rows == 1) { //库存扣减成功才保存 couponRecordMapper.insert(couponRecord); } else { log.warn("发放优惠券失败:{},⽤户:{}", coupon, loginUser); throw new BizException(BizCodeEnum.COUPON_NO_STOCK); } } finally { rLock.unlock(); log.info("解锁成功"); } return JsonData.buildSuccess(); } ``` ### redisson解决分布式锁里面的坑 Redis锁的过期时间⼩于业务的执⾏时间该如何续期？ - `watch dog看⻔狗机制` 负责储存这个分布式锁的`Redisson节点宕机`以后，⽽且这个锁正好处于锁住的状态时，这个锁会出现锁死的状态。或者业务`执⾏时间过⻓导致锁过期`，为了避免这种情况的发⽣，Redisson内部提供了⼀个`监控锁的看⻔狗`，它的作⽤是在`Redisson实例被关闭前，不断的延⻓锁的有效期`。 `Redisson中客户端⼀旦加锁成功，就会启动⼀个watchdog看⻔狗`。watch dog是⼀个后台线程，会每隔10秒检查⼀下，如果客户端还持有锁key，那么就会不断的延⻓锁key的⽣存时间 默认情况下，`看⻔狗的检查锁的超时时间是30秒钟`，也可以通过修改`Config.lockWatchdogTimeout`来另⾏指定 指定加锁时间 ```java // 加锁以后10秒钟⾃动解锁 // ⽆需调⽤unlock⽅法⼿动解锁 lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS); // 尝试加锁，最多等待100秒，上锁以后10秒⾃动解锁 boolean res = lock.tryLock(100, 10,TimeUnit.SECONDS); if (res) { try { ... } finally { lock.unlock(); } } ```
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