Redis Distributed Lock

Un.、Concept de serrure distribuée

Au fur et à mesure que l'entreprise évolue,Une fois que le système original déployé sur une seule machine a été transformé en un système de Clusters de distribution de composants,En raison du Multithreading du système distribué、Processus multiples et distribués sur différentes machines,Cela invalidera la politique de verrouillage du contrôle de la concurrence dans le cas d'un déploiement autonome original,Simple Java API La capacité de verrouillage distribué n'est pas disponible.Pour résoudre ce problème, il faut une approche transversale JVM Pour contrôler l'accès aux ressources partagées,C'est le problème avec les serrures distribuées！

C'est un peu vulgaire,Après avoir verrouillé le cluster,Quelle que soit la machine actuellement utilisée,Toutes les machines reconnaîtront et attendront,Aucune autre opération ne peut être effectuée tant que la serrure n'est pas relâchée,C'est la serrure distribuée,Valable pour tous les Clusters

Mise en œuvre de la serrure distribuée Mainstream：

1. Verrouillage distribué basé sur la base de données
2. Basé sur le cache（Redis Attendez.）
3. Basé sur Zookeeper

Chaque solution de verrouillage distribuée a ses avantages et ses inconvénients,Parmi euxredisPerformance maximalezookeeperFiabilité maximale

2.、UtilisersetnxRéaliser la serrure

set stu:1:info “OK” nx px 10000

• EX second ：Définir l'expiration de la clé à second Secondes,,SET key value EX second L'effet est équivalent à SETEX key second value

• PX millisecond ：Définir l'expiration de la clé à millisecond MS,SET key value PX millisecond L'effet est équivalent à PSETEX key millisecond value

• NX ：Seulement si la clé n'existe pas,Pour définir la clé,SET key value NX L'effet est équivalent à SETNX key value

• XX ：Seulement si la clé existe déjà,Pour définir la clé

• Plusieurs clients obtiennent des serrures en même temps（setnx）
• Obtenir le succès,Exécuter la logique opérationnelle（De db Obtenir des données,Mise en cache）,Exécuter la serrure de libération complète（del）
• Le client qui n'a pas réussi à obtenir attend de réessayer

AvecsetnxEtdel Ajouter et libérer des serrures

En général, Nous devons fixer un délai d'expiration pour les serrures afin qu'elles ne soient pas utilisées à long terme

Il y a un problème.： Le verrouillage et le réglage du délai d'expiration sont deux opérations , Au lieu de fonctionner simultanément , Si une condition anormale survient après le verrouillage , Impossible de définir le délai d'expiration .On peut.Régler le délai d'expiration pendant le verrouillage

Trois、Écrire un code pour tester les serrures distribuées

1. UtiliserJavaCode Test Distributed Lock

Tout d'abord,redisParamètres intermédiairesnumLa valeur de0,CompilationJavaCode à tester

Le code ci - dessous fait ： Obtenir la serrure num++,Et relâchez la serrure; Si vous n'obtenez pas 0.1Récupérez dans quelques secondes

Redémarrer,Grappes de services, Réussir le test de résistance de la passerelle ：ab -n 5000 -c 100 http://192.168.140.1:8080/test/testLock

Voir redis Moyenne num Valeur de

Questions： setnx J'ai juste eu la serrure,Exception à la logique opérationnelle,La serrure ne se libère pas
Résolution： Définir le délai d'expiration,Verrouillage automatique

2. Réglage optimisé du temps d'expiration de la serrure

Il y a deux façons de définir le temps d'expiration：

• Pensez d'abord à passer expire Définir le délai d'expiration（Manque d'atomicité：Si dans setnx Et expire De Anomalie interstitielle ,La serrure ne se libère pas non plus.）
• In set Indique également le délai d'expiration （Recommandations）

Définir le temps d'expiration dans le Code ：

Questions： Les serrures d'autres serveurs peuvent être libérées

Si le temps d'exécution de la logique d'entreprise est 7s,Le processus d'exécution est le suivant:：

• index1 La logique d'entreprise n'est pas terminée,3 La serrure est libérée automatiquement après quelques secondes
• index2 Obtenir la serrure,Exécuter la logique opérationnelle,3 La serrure est libérée automatiquement après quelques secondes
• index3 Obtenir la serrure,Exécuter la logique opérationnelle
• index1 Exécution de la logique opérationnelle terminée,Commencez à appeler del Relâchez la serrure.,C'est là que index3 Verrouillage, Cause index3 Les affaires de 1s Il a été libéré par quelqu'un d'autre.
  Ce qui équivaut finalement à une situation sans serrure

a Au moment de l'opération , Libération automatique après un délai de verrouillage ;Après libération,b Saisir la serrure pour l'opération ;En ce momentaOpération terminée,Verrouillage manuel,Ça vabLa serrure de,b Si vous relâchez encore la serrure, une erreur se produira

Résolution： setnx Lors de l'acquisition de la serrure,Définir une valeur unique spécifiée（Par exemple：uuid）; Obtenez ceci avant de libérer Valeurs,Déterminer si votre propre serrure

Quatre、OptimisationlockParamètresUUIDPrévention des erreurs et des suppressions

Cinq、UtiliserLUALe script garantit l'atomicité de la suppression

UtiliserlockDeuuid Il est possible de libérer d'autres serrures dans une certaine mesure , Mais cela ne résout pas entièrement la situation .Parce que la comparaisonuuidEt supprimerlockCe n'est pas atomique

Questions： aComparaisonuuidAprès passage, Verrouillage expiré libération automatique ,bRe - lock,a Ceci se libère manuellement bVerrouillage, C'est toujours un problème

Résolution： UtiliserLUA Le script garantit l'atomicité de la suppression

LUAScript：

• Sera complexe ou en plusieurs étapes redis Fonctionnement,Écris comme un script,Soumis une fois redis Mise en œuvre,Réduire les connexions répétées redis Nombre de fois,Améliorer les performances

• LUA Le script est similaire redis Services,Avec une certaine atomicité,Ne pas être mis en file d'attente par d'autres ordres,Ça pourrait être faitredis Transactionnel

@GetMapping("testLockLua")
public void testLockLua() {
    
    //1 Déclarez un uuid ,Ce sera un value Dans notre key Parmi les valeurs correspondantes
    String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    //2 Définir une serrure：lua Le script peut utiliser la même serrure,Pour supprimer！
    String skuId = "25"; // Accès à skuId Pour 25 Article No. 100008348542
    String locKey = "lock:" + skuId; // Les données de chaque article sont verrouillées
    // 3 Obtenir la serrure
    Boolean lock = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(locKey, uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);
    // Première catégorie： lock Aucun Code n'est écrit entre la date d'expiration.
    // redisTemplate.expire("lock",10, TimeUnit.SECONDS);//Définir le délai d'expiration
    // Si true
    if (lock) {
    
        // Début de la logique opérationnelle mise en œuvre
        // Obtenir dans le cache num Données
        Object value = redisTemplate.opsForValue().get("num");
        // S'il est vide, retournez directement
        if (StringUtils.isEmpty(value)) {
    
            return;
        }
        // Pas vide. S'il y a une anomalie ici！ Alors delete La suppression a échoué！ Ce qui veut dire que la serrure existe toujours！
        int num = Integer.parseInt(value + "");
        // Faire num Chaque fois+1 Mise en cache
        redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));
        /*Utiliser lua Script pour verrouiller*/
        // Définition lua Script： Les opérations de jugement et de suppression seront effectuées simultanément 
        String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        // Utiliser redis Mise en œuvre lua Mise en œuvre
        DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
        redisScript.setScriptText(script);
        // Définissez le type de valeur de retour Pour Long
        // Parce qu'en supprimant le jugement,Retour à 0,Encapsuler comme type de données.Si elle n'est pas encapsulée, la valeur par défaut est retournée String Type,
        // Renvoie la chaîne avec 0 Il y aura des erreurs.
        redisScript.setResultType(Long.class);
        // Le premier est exécuté script Script ,La deuxième chose à juger key,Le troisième est key La valeur correspondante.
        redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(locKey), uuid);
        } else {
    
        // D'autres fils attendent
        try {
    
            // Sommeil
            Thread.sleep(1000);
            // Après s'être réveillée,Méthode d'appel.
            testLockLua();
        } catch (InterruptedException e) {
    
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Pour s'assurer que les serrures distribuées sont disponibles,Nous devons au moins nous assurer que la mise en œuvre de la serrure satisfait simultanément aux quatre conditions suivantes：

• Exclusivité mutuelle;À tout moment,Un seul client peut tenir la serrure
• Il n'y aura pas d'impasse;Même si un client s'est écrasé pendant qu'il tenait la serrure sans déverrouiller activement,Il peut également s'assurer que d'autres clients peuvent verrouiller（ParamètreslockDate d'expiration）
• La sonnerie doit être éteinte.;Le verrouillage et le déverrouillage doivent être du même client,Le client lui - même ne peut pas déverrouiller les serrures des autres（UtiliserLUAScripts etuuid）
• Le verrouillage et le déverrouillage doivent être atomiques（UtiliserLUAScript）