Redis分布式锁服务(八)

概述

在多线程环境下,通常会使用锁来保证有且只有一个线程来操作共享资源。比如:

object obj = new object();
lock (obj) 
{ 
//操作共享资源 
}

利用操作系统提供的锁机制,可以确保多线程或多进程下的并发唯一操作。但如果在多机环境下就不能满足了,当A,B两台机器同时操作C机器的共享资源时,就需要第三方的锁机制来保证在分布式环境下的资源协调,也称分布式锁。

Redis有三个最基本属性来保证分布式锁的有效实现:

  • 安全性: 互斥,在任何时候,只有一个客户端能持有锁。
  • 活跃性A:没有死锁,即使客户端在持有锁的时候崩溃,最后也会有其他客户端能获得锁,超时机制。
  • 活跃性B:故障容忍,只有大多数Redis节点时存活的,客户端仍可以获得锁和释放锁。

分布式锁

由于Redis是单线程模型,命令操作原子性,所以利用这个特性可以很容易的实现分布式锁。 获得一个锁

SET key uuid NX PX timeout
SET resource_name uniqueVal NX PX 30000

命令中的NX表示如果key不存在就添加,存在则直接返回。PX表示以毫秒为单位设置key的过期时间,这里是30000ms。 设置过期时间是防止获得锁的客户端突然崩溃掉或其他异常情况,导致redis中的对象锁一直无法释放,造成死锁。 Key的值需要在所有请求锁服务的客户端中,确保是个唯一值。 这是为了保证拿到锁的客户端能安全释放锁,防止这个锁对象被其他客户端删除。 举个例子:

  1. A客户端拿到对象锁,但在因为一些原因被阻塞导致无法及时释放锁。
  2. 因为过期时间已到,Redis中的锁对象被删除。
  3. B客户端请求获取锁成功。
  4. A客户端此时阻塞操作完成,删除key释放锁。
  5. C客户端请求获取锁成功。
  6. 这时B、C都拿到了锁,因此分布式锁失效。

要避免例子中的情况发生,就要保证key的值是唯一的,只有拿到锁的客户端才能进行删除。 基于这个原因,普通的del命令是不能满足要求的,我们需要一个能判断客户端传过来的value和锁对象的value是否一样的命令。遗憾的是Redis并没有这样的命令,但可以通过Lua脚本来完成:

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

逻辑很简单,获取key中的值和参数中的值相比较,相等删除,不相等返回0。

多实例分布式锁

上面是在单个Redis实例实现分布式锁的,这存在一个问题就是,如果这台实例因某些原因崩溃掉,那么所有客户端的锁服务全部失效。 Redis本身支持Master-Slave结构,可以一主多从,采用高可用方法,可以保证在master挂的时候自动切换到slave。 但是由于主从之间是异步同步数据的,所以redis并不能完全的实现锁的安全性。 举个例子来说:

  1. A客户端在master实例上获得一个锁。
  2. 在对象锁key传送到slave之前,master崩溃掉。
  3. 一个slave被选举成master。
  4. B客户端可以获取到同个key的锁,但A也已经拿到锁,导致锁失效。

在多台master情况下实现这个算法,并保证锁的安全性。 步骤如下:

  1. 客户端以毫秒为单位获取当前时间。
  2. 使用同样key和值,循环在多个实例中获得锁。 为了获得锁,客户端应该设置个偏移时间,它小于锁自动释放时间(即key的过期时间)。 举个例子来说,如果一个锁自动释放时间是10秒,那偏移时间应该设置在5~50毫秒的范围。 防止因为某个实例崩溃掉或其他原因,导致client在获取锁时耗时过长。
  3. 计算获取所有锁的耗时,即当前时间减去开始时间,得到a值。 用锁自动释放时间减去a值,在减去偏移时间,得到c值,如果获取锁成功的实例数量大于实际的数量一半,并且c大于0,那么锁就被获取成功。
  4. 锁获取成功,锁对象的有效时间是上面的c值。
  5. 若是客户端因为一些原因获取失败,原因可能是上面的c值为负数或者锁成功的数量小于实例数,以用N/2+1当标准(N为实例数)。 那么会释放所有实例上的锁。

上面描述可能不方便理解,用代码表示如下:

//锁自动释放时间
TimeSpan ttl=new TimeSpan(0,0,0,30000)
//获取锁成功的数量
 int n = 0; 
//记录开始时间
 var startTime = DateTime.Now;

  //在每个实例上获取锁
                for_each_redis(
                    redis =>
                    {
                        if (LockInstance(redis, resource, val, ttl)) n += 1;
                    }
                );

//偏移时间是锁自动释放时间的1%,根据上面10s是5-50毫秒推出。
 var drift = Convert.ToInt32(ttl.TotalMilliseconds * 0.01); 

//锁对象的有效时间=锁自动释放时间-(当前时间-开始时间)-偏移时间
 var validity_time = ttl - (DateTime.Now - startTime) - new TimeSpan(0, 0, 0, 0, drift);

//判断成功的数量和有效时间c值是否大于0 if (n >= (N/2+1) && validity_time.TotalMilliseconds > 0) { }

总结

用Redis做分布式锁相比其他分布式锁(zookeeper)实现更简单,速度更快。 在ServiceStack.Redis客户端组件上是直接支持锁实现的。 或者用stackexchange客户端组件,锁实现及示例代码:https://github.com/kidfashion/redlock-cs。 官方介绍文档:http://redis.io/topics/distlock。

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

发表于

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

来自专栏Aloys的开发之路

javadoc相关问题

欢迎和大家交流技术相关问题: 邮箱: jiangxinnju@163.com 博客园地址: http://www.cnblogs.com/jiangxinn...

1195
来自专栏王二麻子IT技术交流园地

Linux常用命令100个用法

平时用linux时,我有一个习惯就是把遇到的,比较有用,并且容易忘的命令,放到一个文本文件中,没事的时候可以拿出来看看,这样可以加深映像,时间长了这些命令的用法...

2405
来自专栏决胜机器学习

Redis专题(九)——Redis管理工具

Redis专题(八) ——Redis管理工具 (原创内容,转载请注明来源,谢谢) 一、安全性 1、运行环境 Redis以简洁为美,其安全性...

4945
来自专栏恰童鞋骚年

.NET基础拾遗(7)Web Service的开发与应用基础

  Web Service基于SOAP协议,而SOAP本身符合XML语法规范。虽然.NET为Web Service提供了强大的支持,但了解其基本机制对于程序员来...

1232
来自专栏用户2442861的专栏

HTTP POST GET 本质区别详解

    一般在浏览器中输入网址访问资源都是通过GET方式;在FORM提交中,可以通过Method指定提交方式为GET或者POST,默认为GET提交

3062
来自专栏程序员同行者

vue moment库格式化处理后端传的日期

日期时间格式前端和后端都可以处理,我比较推荐前端来处理(定制化高),下面我就介绍下两种处理的方式

8121
来自专栏大内老A

.NET Core采用的全新配置系统[8]: 如何实现配置与源文件的同步

配置的同步涉及到两个方面:第一,对原始的配置文件实施监控并在其发生变化之后从新加载配置;第二,配置重新加载之后及时通知应用程序进而使后者能够使用最新的配置。接下...

20510
来自专栏青玉伏案

Git知识总览(六) Git分支中的远程操作实践

前几篇博客陆陆续续的讲了好多关于Git操作的内容, 其中在上篇博客聊了《Git中的merge、rebase、cherry-pick以及交互式rebase》,本篇...

35411
来自专栏偏前端工程师的驿站

深入线程

前言                                         在校时认识的线程就是获取CPU执行时间的最小单位,多个线程共享所在进程的资...

19810
来自专栏Aloys的开发之路

javadoc相关问题

src源代码生成html格式文档:http://www.cnblogs.com/shenliang123/archive/2012/04/23/2466483....

24710

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券