当我们涉及到多进程或多节点的分布式系统时，传统的单机锁机制不再足够应对并发控制的需求。这是因为在分布式环境中，多个进程或节点同时访问共享资源，传统锁无法有效地协调这种复杂的并发情况，这就引入了分布式锁，本文将一步一步引导大家使用lua脚本和redis实现分布式锁。
1.1 什么是分布式锁？
分布式锁的是确保在多个进程或多个节点之间对共享资源的访问是有序、互斥和原子的，以避免竞态条件和数据不一致性问题。在多进程或多节点环境中，分布式锁广泛应用于协调共享资源的安全访问。
1.2 Redis作为分布式锁的选择
Redis（Remote Dictionary Server）是一种高性能的开源内存数据库，因其具有以下优势，使其成为实现分布式锁的理想选择：
Redis的高性能、持久性、丰富的数据结构以及对Lua脚本的支持，使其成为实现分布式锁的理想选择。特别是Lua脚本的原子性执行，确保了获取和释放分布式锁的操作是不可分割的，从而有效地解决了竞态条件问题，确保了分布式锁的可靠性。
2.1 Lua脚本简介
Lua是一种轻量级、高性能的脚本语言，广泛用于嵌入式系统和游戏开发，也被用于各种其他应用中：
Redis是一种开源的内存数据库，常用于缓存、队列和实时数据处理等场景。Redis引入了Lua脚本引擎，允许用户编写和执行Lua脚本来操作Redis数据。Lua脚本可以在Redis服务器上执行，确保多个Redis命令在单个事务中原子执行。这对于需要执行多个命令来维护数据一致性的应用非常有用。
Lua脚本在Redis中的应用使得Redis不仅仅是一个简单的键值存储，还可以执行复杂的操作和自定义业务逻辑，提高了Redis的灵活性和性能。这使得它成为处理高并发、实时数据的流行选择。
2.2 Redis 执行 Lua脚本
Lua执行格式：EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]
eval "return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}" 2 key1 key2 arg1 arg2
eval: 脚本执行命令
"return {KEYS[1],KEYS[2],ARGV[1],ARGV[2]}": 脚本内容
2: key数量
key1 key2 arg1 arg2: key和value的值 角标从1开始
因为numkeys数量为2，故key1 key2 为key， arg1 arg2为value
例1:
127.0.0.1:6379> eval "return redis.call('set',KEYS[1],'liulianJAVA')" 1 name
OK
127.0.0.1:6379> get name
"liulianJAVA"
127.0.0.1:6379>
例2:
127.0.0.1:6379> eval "return redis.call('set',KEYS[1], ARGV[1])" 1 name LIULIANJAVA
OK
127.0.0.1:6379> get name
"LIULIANJAVA"
127.0.0.1:6379>
3.1 Jedis库简介
Jedis是一个流行的Java客户端库，用于与Redis数据库进行通信。它提供了一组用于连接、执行Redis命令和操作数据的API，使Java开发人员能够轻松地与Redis服务器进行交互。以下是强调Jedis的重要性的几个方面：
Jedis是一个强大、易于使用且高性能的Java库，用于与Redis数据库进行通信。它为Java开发人员提供了一个便捷的工具，使他们能够利用Redis的强大功能来构建高性能、可扩展和可靠的应用程序。因此，对于需要使用Redis的Java应用程序来说，Jedis是一个不可或缺的工具。
3.2 连接Redis
首先，确保已经将Jedis库添加到Java项目的依赖中。可以使用Maven或Gradle等构建工具来添加Jedis依赖。
<dependency>
<groupId>redis.clients</groupId>
<artifactId>jedis</artifactId>
<version>3.6.1</version>
</dependency>
import redis.clients.jedis.Jedis;
public class JedisExample {
public static void mAIn(String[] args) {
// 创建一个Jedis连接实例，连接到Redis服务器，默认端口为6379
Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
jedis.auth("liulianJAVA");
// 执行一些Redis操作
jedis.set("myKey", "Hello, Redis!");
String value = jedis.get("myKey");
System.out.println("Value for 'myKey': " + value);
// 关闭连接
jedis.close();
}
}
在这个示例中，我们首先创建了一个Jedis实例，并指定了要连接的Redis服务器的主机名（localhost）和端口号（6379）。然后，我们使用set方法将一个键值对存储在Redis中，使用get方法检索该键的值，最后关闭了连接。
4.1 获取分布式锁
public static boolean acquireLock(Jedis jedis, String lockName, int lockTimeout) {
String luaScript = "if redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1], 'NX', 'EX', ARGV[2]) then return 1 else return 0 end";
Object result = jedis.eval(luaScript, 1, lockName, LOCK_VALUE, String.valueOf(lockTimeout));
return result != null && "1".equals(result.toString());
}
获取锁所需参数:
jedis: redis连接
lockName: 锁名称
lockTimeout: 锁超时时间
4.2 释放分布式锁
public static void releaseLock(Jedis jedis, String lockName) {
jedis.del(lockName);
}
释放锁所需参数:
jedis: redis连接
lockName: 锁名称
5.1 分布式锁示例
LockUtil.java
import redis.clients.jedis.Jedis;
public class LockUtil {
private static final String LOCK_VALUE = "locked"; // 锁的值
// 获取锁 所需参数:jedis:redis连接信息 lockName: 锁名称 lockTimeout: 锁超时时间
public static boolean acquireLock(Jedis jedis, String lockName, int lockTimeout) {
String luaScript = "if redis.call('set', KEYS[1], ARGV[1], 'NX', 'EX', ARGV[2]) then return 1 else return 0 end";
Object result = jedis.eval(luaScript, 1, lockName, LOCK_VALUE, String.valueOf(lockTimeout));
return result != null && "1".equals(result.toString());
}
public static boolean acquireLockWithRetry(Jedis jedis, String LOCK_KEY, int maxRetrySeconds) {
long startTime = System.currentTimeMillis();
while (true) {
long currentTime = System.currentTimeMillis();
if (currentTime - startTime >= maxRetrySeconds * 1000L) {
// 超过预设的秒数，返回获取失败
return false;
}
// 尝试获取锁
boolean lockAcquired = acquireLock(jedis,LOCK_KEY, 60000);
if (lockAcquired) {
return true; // 成功获取锁
}
// 等待一段时间后重试
try {
Thread.sleep(100); // 100毫秒后重试
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
return false; // 线程被中断，返回获取失败
}
}
}
// 释放锁所需参数: jedis: redis连接 lockName: 锁名称
public static void releaseLock(Jedis jedis, String lockName) {
jedis.del(lockName);
}
}
5.2 实践模拟
Test.java
import java.util.ArrayList;
public class Test {
private static Integer number = 10000;
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Thread> threads = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10000; i ++){
threads.add(new Thread(()-> Test.number = Test.number -1));
}
for (int i = 0; i < 10000; i ++){
threads.get(i).start();
}
threads.forEach(thread -> {
try {
thread.join();
} catch (InterruptedException ignored) {
}
});
System.out.println("number结果: " + number);
}
}
number结果: 241
引入分布式锁后:
import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;
import redis.clients.jedis.JedisPoolConfig;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class DistributedLockExample {
private static Integer number = 1000;
public static void main(String[] args) {
List<Thread> threads = new ArrayList<>();
// 创建Jedis连接池
JedisPoolConfig poolConfig = new JedisPoolConfig();
poolConfig.setMaxTotal(1000);
JedisPool jedisPool = new JedisPool(poolConfig, "127.0.0.1", 6379, 200000, "liulian");
String lockName = "liulian";
for (int i = 0; i < 1000 ; i++){
threads.add(new Thread(() -> {
try (Jedis jedis = jedisPool.getResource()) {
// 获取锁
boolean lockAcquired = LockUtil.acquireLockWithRetry(jedis, lockName, 600);
if (lockAcquired) {
try {
// 在锁内执行关键操作
number = number - 1;
} finally {
// 释放锁
LockUtil.releaseLock(jedis, lockName);
}
} else {
System.out.println("Failed to acquire lock.");
}
}
}));
}
threads.forEach(Thread::start);
threads.forEach(thread -> {
try {
thread.join();
} catch (InterruptedException ignored) {
}
});
System.out.println("number结果: " + number);
// 关闭Jedis连接池
jedisPool.close();
}
private static void performCriticalOperation() {
// 在这里执行关键操作，例如访问共享资源或执行任务
System.out.println("Critical operation performed.");
}
}
number结果: 0
分布式锁在现代分布式系统中扮演了重要的角色，它们确保了并发操作的安全性和一致性。通过使用Redis和Lua脚本，我们已经了解了如何实现一个简单但有效的分布式锁。然而，分布式系统中的锁管理不仅仅局限于此。在实际应用中，我们可能需要处理更多的复杂情况，如锁的超时、死锁检测、锁的可重入性等。
此外，分布式锁的性能和可用性也是关键因素，需要仔细考虑和优化。在实际生产环境中使用分布式锁时，请确保全面测试和监控，以确保系统的稳定性和性能。
无论如何，分布式锁是构建可靠分布式系统的关键组成部分，对于确保数据完整性和一致性至关重要。希望本文能够帮助您更好地理解分布式锁的基本原理和实现方式，并为大家在构建分布式应用程序时提供有价值的指导。
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