Redis中Redisson紅鎖(Redlock)使用原理
簡介
說明
本文介紹為什麼要使用Redis的紅鎖(Redlock)、什麼是Redis的紅鎖以及Redis紅鎖的原理。
本文用Redisson來介紹Redis紅鎖的用法。
Redisson 高版本會根據redisClient的模式來決定getLock返回的鎖類型,如果集群模式,滿足紅鎖的條件,則會直接返回紅鎖。
官網
REDIS distlock — Redis中國用戶組(CRUG)
為什麼使用Redis的紅鎖
主從結構分佈式鎖的問題
實現Redis分佈式鎖的最簡單的方法就是在Redis中創建一個key,這個key有一個失效時間(TTL),以保證鎖最終會被自動釋放掉。當客戶端釋放資源(解鎖)的時候,會刪除掉這個key。
從表面上看似乎效果不錯,但有一個嚴重的單點失敗問題:如果Redis掛瞭怎麼辦?你可能會說,可以通過增加一個slave節點解決這個問題。但這通常是行不通的。這樣做,我們不能實現資源的獨享,因為Redis的主從同步通常是異步的。
在這種場景(主從結構)中存在明顯的競態:
- 客戶端A從master獲取到鎖
- 在master將鎖同步到slave之前,master宕掉瞭。
- slave節點被晉級為master節點
- 客戶端B從新的master獲取到鎖
- 這個鎖對應的資源之前已經被客戶端A已經獲取到瞭。安全失效!
有時候程序就是這麼巧,比如說正好一個節點掛掉的時候,多個客戶端同時取到瞭鎖。如果你可以接受這種小概率錯誤,那用這個基於復制的方案就完全沒有問題。否則的話,我們建議你實現下面描述的解決方案。
解決方案:使用紅鎖
簡介
Redis中針對此種情況,引入瞭紅鎖的概念。紅鎖采用主節點過半機制,即獲取鎖或者釋放鎖成功的標志為:在過半的節點上操作成功。
原理
在Redis的分佈式環境中,我們假設有N個Redis master。這些節點完全互相獨立,不存在主從復制或者其他集群協調機制。之前我們已經描述瞭在Redis單實例下怎麼安全地獲取和釋放鎖。我們確保將在每(N)個實例上使用此方法獲取和釋放鎖。在這個樣例中,我們假設有5個Redis master節點,這是一個比較合理的設置,所以我們需要在5臺機器上面或者5臺虛擬機上面運行這些實例,這樣保證他們不會同時都宕掉。
為瞭取到鎖,客戶端應該執行以下操作:
- 獲取當前Unix時間,以毫秒為單位。
- 依次嘗試從N個實例,使用相同的key和隨機值獲取鎖。
- 向Redis設置鎖時,客戶端應該設置一個網絡連接和響應超時時間,這個超時時間應該小於鎖的失效時間。
- 例如你的鎖自動失效時間為10秒,則超時時間應該在5-50毫秒之間。這樣可以避免服務器端Redis已經掛掉的情況下,客戶端還在死死地等待響應結果。如果服務器端沒有在規定時間內響應,客戶端應該盡快嘗試另外一個Redis實例。
- 客戶端使用當前時間減去開始獲取鎖時間(步驟1記錄的時間)得到獲取鎖使用的時間。
- 僅當從大多數(這裡是3個節點)的Redis節點都取到鎖,且使用的時間小於鎖失效時間時,鎖才算獲取成功。
- 如果取到瞭鎖,key的真正有效時間等於有效時間減去獲取鎖所使用的時間(步驟3計算的結果)。
- 如果因為某些原因,獲取鎖失敗(沒有在至少N/2+1個Redis實例取到鎖或者取鎖時間已經超過瞭有效時間),客戶端應該在所有的Redis實例上進行解鎖(即便某些Redis實例根本就沒有加鎖成功)。
Redisson紅鎖實例
官網
官方github:8. 分佈式鎖和同步器 · redisson/redisson Wik
基於Redis的Redisson紅鎖RedissonRedLock對象實現瞭Redlock介紹的加鎖算法。該對象也可以用來將多個RLock對象關聯為一個紅鎖,每個RLock對象實例可以來自於不同的Redisson實例。
RLock lock1 = redissonInstance1.getLock("lock1"); RLock lock2 = redissonInstance2.getLock("lock2"); RLock lock3 = redissonInstance3.getLock("lock3"); RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3); // 同時加鎖:lock1 lock2 lock3 // 紅鎖在大部分節點上加鎖成功就算成功。 lock.lock(); ... lock.unlock();
大傢都知道,如果負責儲存某些分佈式鎖的某些Redis節點宕機以後,而且這些鎖正好處於鎖住的狀態時,這些鎖會出現鎖死的狀態。為瞭避免這種情況的發生,Redisson內部提供瞭一個監控鎖的看門狗,它的作用是在Redisson實例被關閉前,不斷的延長鎖的有效期。默認情況下,看門狗的檢查鎖的超時時間是30秒鐘,也可以通過修改Config.lockWatchdogTimeout來另行指定。
另外Redisson還通過加鎖的方法提供瞭leaseTime的參數來指定加鎖的時間。超過這個時間後鎖便自動解開瞭。
RedissonRedLock lock = new RedissonRedLock(lock1, lock2, lock3); // 給lock1,lock2,lock3加鎖,如果沒有手動解開的話,10秒鐘後將會自動解開 lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS); // 為加鎖等待100秒時間,並在加鎖成功10秒鐘後自動解開 boolean res = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS); ... lock.unlock();
Redisson紅鎖原理
RedissonRedLock extends RedissonMultiLock,所以實際上,redLock.tryLock實際調用:org.redisson.RedissonMultiLock.java#tryLock(),進而調用到其同類的tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) ,入參為:tryLock(-1, -1, null)
org.redisson.RedissonMultiLock.java#tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit)源碼如下:
final List<RLock> locks = new ArrayList<>(); /** * Creates instance with multiple {@link RLock} objects. * Each RLock object could be created by own Redisson instance. * * @param locks - array of locks */ public RedissonMultiLock(RLock... locks) { if (locks.length == 0) { throw new IllegalArgumentException("Lock objects are not defined"); } this.locks.addAll(Arrays.asList(locks)); } public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException { long newLeaseTime = -1; if (leaseTime != -1) { newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime)*2; } long time = System.currentTimeMillis(); long remainTime = -1; if (waitTime != -1) { remainTime = unit.toMillis(waitTime); } long lockWaitTime = calcLockWaitTime(remainTime); /** * 1. 允許加鎖失敗節點個數限制(N-(N/2+1)) */ int failedLocksLimit = failedLocksLimit(); /** * 2. 遍歷所有節點通過EVAL命令執行lua加鎖 */ List<RLock> acquiredLocks = new ArrayList<>(locks.size()); for (ListIterator<RLock> iterator = locks.listIterator(); iterator.hasNext();) { RLock lock = iterator.next(); boolean lockAcquired; /** * 3.對節點嘗試加鎖 */ try { if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) { lockAcquired = lock.tryLock(); } else { long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime); lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS); } } catch (RedisResponseTimeoutException e) { // 如果拋出這類異常,為瞭防止加鎖成功,但是響應失敗,需要解鎖所有節點 unlockInner(Arrays.asList(lock)); lockAcquired = false; } catch (Exception e) { // 拋出異常表示獲取鎖失敗 lockAcquired = false; } if (lockAcquired) { /** *4. 如果獲取到鎖則添加到已獲取鎖集合中 */ acquiredLocks.add(lock); } else { /** * 5. 計算已經申請鎖失敗的節點是否已經到達 允許加鎖失敗節點個數限制 (N-(N/2+1)) * 如果已經到達, 就認定最終申請鎖失敗,則沒有必要繼續從後面的節點申請瞭 * 因為 Redlock 算法要求至少N/2+1 個節點都加鎖成功,才算最終的鎖申請成功 */ if (locks.size() - acquiredLocks.size() == failedLocksLimit()) { break; } if (failedLocksLimit == 0) { unlockInner(acquiredLocks); if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) { return false; } failedLocksLimit = failedLocksLimit(); acquiredLocks.clear(); // reset iterator while (iterator.hasPrevious()) { iterator.previous(); } } else { failedLocksLimit--; } } /** * 6.計算 目前從各個節點獲取鎖已經消耗的總時間,如果已經等於最大等待時間,則認定最終申請鎖失敗,返回false */ if (remainTime != -1) { remainTime -= System.currentTimeMillis() - time; time = System.currentTimeMillis(); if (remainTime <= 0) { unlockInner(acquiredLocks); return false; } } } if (leaseTime != -1) { List<RFuture<Boolean>> futures = new ArrayList<>(acquiredLocks.size()); for (RLock rLock : acquiredLocks) { RFuture<Boolean> future = ((RedissonLock) rLock).expireAsync(unit.toMillis(leaseTime), TimeUnit.MILLISECONDS); futures.add(future); } for (RFuture<Boolean> rFuture : futures) { rFuture.syncUninterruptibly(); } } /** * 7.如果邏輯正常執行完則認為最終申請鎖成功,返回true */ return true; }
參考文章
Redis分佈式鎖之紅鎖
到此這篇關於Redis中Redisson紅鎖(Redlock)使用原理的文章就介紹到這瞭,更多相關Redis Redisson紅鎖內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet!
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