1.概述
分布式鎖一般有三種實現方式：1.基於數據庫實現分布式鎖；2. 基於緩存（Redis，memcached，tair）實現分布式鎖； 3.基於Zookeeper實現分布式鎖。本片博客將介紹基於緩存實現分布式鎖，這里主講分別針對Redis 2.6.12 之前版本和Redis 2.6.12 及之后版本分布式鎖的實現。
2.基於Redis（Redis 2.6.12版本之前）分布式鎖的實現方式
（1）命令介紹
1）SETX
SETNX key value: setnx是『set if not exists』（即當key不存在時，則set）的簡寫。setnx具有原子性，當且僅當key不存在時，set一個key為val的字符串，返回1；若key存在，則什么都不做，返回0.
2)GETSET
GETSET key value：將給定 key 的值設為 value ，並返回 key 的舊值(old value)。當 key 存在但不是字符串類型時，返回一個錯誤。當 key 沒有舊值時，也即是， key 不存在時，返回 nil 。
3)GET
GET key：返回 key 所關聯的字符串值；如果 key 不存在那么返回特殊值 nil 。假如 key 儲存的值不是字符串類型，返回一個錯誤，因為GET只能用於處理字符串值。
4)EXPIRE
EXPIRE key timeout：為key設置一個超時時間，單位為second，超過這個時間鎖會自動釋放，避免死鎖。
5)DELETE
DELETE key:刪除key
（2）Redis實現分布式鎖的原理
* 1.通過setnx(lock_timeout)實現，如果設置了鎖返回1， 已經有值沒有設置成功返回0
* 2.死鎖問題：通過實踐來判斷是否過期，如果已經過期，獲取到過期時間get(lockKey)，然后getset(lock_timeout)判斷是否和get相同，
* 相同則證明已經加鎖成功，因為可能導致多線程同時執行getset(lock_timeout)方法，這可能導致多線程都只需getset后，對於判斷加鎖成功的線程，
* 再加expire(lockKey, LOCK_TIMEOUT, TimeUnit.MILLISECONDS)過期時間，防止多個線程同時疊加時間，導致鎖時效時間翻倍
* 3.針對集群服務器時間不一致問題，可以調用redis的time()獲取當前時間
（3）圖解Redis分布式鎖原理
1. setnx(lockkey, 當前時間+過期超時時間) ，如果返回1，則獲取鎖成功；如果返回0則沒有獲取到鎖，轉向2。
2. get(lockkey)獲取鎖的過期時間lockValueA ，並將這個lockValueA 值與當前的系統時間currentTime進行比較，如果小於當前系統時間，則認為這個鎖已經超時，可以允許別的請求重新獲取，轉向3。
3. 計算新的過期時間 newExpireTime=當前時間+過期超時時間，然后getset(lockkey, newExpireTime) 會返回當前lockkey的值lockValueB。
4. 判斷lockValueA與lockValueB 是否相等，如果相等，說明當前getset設置成功，獲取到了鎖。如果不相等，說明這個鎖又被別的請求獲取走了，那么當前請求可以直接返回失敗，或者繼續重試。
5. 在獲取到鎖之后，當前線程可以開始自己的業務處理，當處理完畢后，比較自己的處理時間和對於鎖設置的超時時間，如果小於鎖設置的超時時間，則直接執行delete釋放鎖；如果大於鎖設置的超時時間，則不需要再鎖進行處理。
（4）缺點
Redis 2.6.12之前版本，使用SETNX命令實現Redis分布式鎖，但是會出現各種各樣的問題。具體羅列出以下幾種：
1）setnx和expire的非原子性
設想一個極端場景，當某線程執行setnx，成功得到了鎖：
setnx剛執行成功，還未來得及執行expire指令，節點1 Duang的一聲掛掉了。
這樣一來，這把鎖就沒有設置過期時間，變得“長生不老”，別的線程再也無法獲得鎖了。如示例代碼所示
示例代碼
public static void wrongGetLock1(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) { Long result = jedis.setnx(lockKey, requestId); if (result == 1) { // 若在這里程序突然崩潰，則無法設置過期時間，將發生死鎖 jedis.expire(lockKey, expireTime); } }
setnx()方法作用就是SET IF NOT EXIST，expire()方法就是給鎖加一個過期時間。乍一看好像和前面的set()方法結果一樣，然而由於這是兩條Redis命令，不具有原子性，如果程序在執行完setnx()之后突然崩潰，導致鎖沒有設置過期時間。那么將會發生死鎖。網上之所以有人這樣實現，是因為低版本的jedis並不支持多參數的set()方法。
2）出現並發的可能性
這里使用示例代碼來描述
示例代碼
這一種錯誤示例就比較難以發現問題，而且實現也比較復雜。實現思路：使用jedis.setnx()命令實現加鎖，其中key是鎖，value是鎖的過期時間。執行過程：1. 通過setnx()方法嘗試加鎖，如果當前鎖不存在，返回加鎖成功。2. 如果鎖已經存在則獲取鎖的過期時間，和當前時間比較，如果鎖已經過期，則設置新的過期時間，返回加鎖成功。代碼如下：
public static boolean wrongGetLock2(Jedis jedis, String lockKey, int expireTime) { long expires = System.currentTimeMillis() + expireTime; String expiresStr = String.valueOf(expires); // 如果當前鎖不存在，返回加鎖成功 if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) { return true; } // 如果鎖存在，獲取鎖的過期時間 String currentValueStr = jedis.get(lockKey); if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) { // 鎖已過期，獲取上一個鎖的過期時間，並設置現在鎖的過期時間 String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr); if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) { // 考慮多線程並發的情況，只有一個線程的設置值和當前值相同，它才有權利加鎖 return true; } } // 其他情況，一律返回加鎖失敗 return false; }
那么這段代碼問題在哪里？1. 由於是客戶端自己生成過期時間，所以需要強制要求分布式下每個客戶端的時間必須同步。 2. 當鎖過期的時候，如果多個客戶端同時執行jedis.getSet()方法，那么雖然最終只有一個客戶端可以加鎖，但是這個客戶端的鎖的過期時間可能被其他客戶端覆蓋。3. 鎖不具備擁有者標識，即任何客戶端都可以解鎖。
3）del 導致誤刪
又是一個極端場景，假如某線程成功得到了鎖，並且設置的超時時間是30秒。
如果某些原因導致線程A執行的很慢很慢，過了30秒都沒執行完，這時候鎖過期自動釋放，線程B得到了鎖。
隨后，線程A執行完了任務，線程A接着執行del指令來釋放鎖。但這時候線程B還沒執行完，線程A實際上刪除的是線程B加的鎖。
怎么避免這種情況呢？可以在del釋放鎖之前做一個判斷，驗證當前的鎖是不是自己加的鎖。
至於具體的實現，可以在加鎖的時候把當前的線程ID當做value，並在刪除之前驗證key對應的value是不是自己線程的ID。
加鎖：
String threadId = Thread.currentThread().getId()
set（key，threadId ，30，NX）
解鎖：
if（threadId .equals(redisClient.get(key))）{ del(key) }
也可以在釋放鎖的時候，通過鎖的默認value值UUID判斷是不是該鎖，若是該鎖，則執行delete進行鎖釋放。但是，這樣做又隱含了一個新的問題，判斷和釋放鎖是兩個獨立操作，不是原子性的。具體如代碼所示：
示例代碼1
最常見的解鎖代碼就是直接使用jedis.del()方法刪除鎖，這種不先判斷鎖的擁有者而直接解鎖的方式，會導致任何客戶端都可以隨時進行解鎖，即使這把鎖不是它的。
public static void wrongReleaseLock1(Jedis jedis, String lockKey) { jedis.del(lockKey); }
示例代碼2
這種解鎖代碼乍一看也是沒問題，甚至我之前也差點這樣實現，與正確姿勢差不多，唯一區別的是分成兩條命令去執行，代碼如下：
public static void wrongReleaseLock2(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) { // 判斷加鎖與解鎖是不是同一個客戶端 if (requestId.equals(jedis.get(lockKey))) { // 若在此時，這把鎖突然不是這個客戶端的，則會誤解鎖 jedis.del(lockKey); } }
如代碼注釋，問題在於如果調用jedis.del()方法的時候，這把鎖已經不屬於當前客戶端的時候會解除他人加的鎖。那么是否真的有這種場景？答案是肯定的，比如客戶端A加鎖，一段時間之后客戶端A解鎖，在執行jedis.del()之前，鎖突然過期了，此時客戶端B嘗試加鎖成功，然后客戶端A再執行del()方法，則將客戶端B的鎖給解除了。
從Redis 2.6.12版本開始很好的解決了上述的問題，下面是采用Redis2.6.12版本對以上問題的解決
3.基於Redis（Redis 2.6.12版本起）分布式鎖的實現方式
（1）命令介紹
從Redis2.6.12版本開始，redis為SET命令增加了一系列選項：
- EX second ：設置鍵的過期時間為 second 秒。 SET key value EX second 效果等同於 SETEX key second value 。
- PX millisecond ：設置鍵的過期時間為 millisecond 毫秒。 SET key value PX millisecond 效果等同於 PSETEX key millisecond value。
- NX ：只在鍵不存在時，才對鍵進行設置操作。 SET key value NX 效果等同於 SETNX key value 。
- XX ：只在鍵已經存在時，才對鍵進行設置操作。
注意: 由於SET命令加上選項已經可以完全取代SETNX, SETEX, PSETEX的功能，所以在將來的版本中，redis可能會不推薦使用並且最終拋棄這幾個命令。使用SET代替SETNX，相當於SETNX+EXPIRE實現了原子性，不必擔心SETNX成功，EXPIRE失敗的問題！有效的避免死鎖，解決了Redis2.6.12之前版本存在的問題。
（2）分布式鎖的實現
1）解決非原子性和並發的出現
示例代碼
public class RedisTool { private static final String LOCK_SUCCESS = "OK"; private static final String SET_IF_NOT_EXIST = "NX"; private static final String SET_WITH_EXPIRE_TIME = "PX"; /** * 嘗試獲取分布式鎖 * @param jedis Redis客戶端 * @param lockKey 鎖 * @param requestId 請求標識 * @param expireTime 超期時間 * @return 是否獲取成功 */ public static boolean tryGetDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId, int expireTime) { String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime); if (LOCK_SUCCESS.equals(result)) { return true; } return false; } }
可以看到，我們加鎖就一行代碼：jedis.set(String key, String value, String nxxx, String expx, int time)，這個set()方法一共有五個形參：
- 第一個為key，我們使用key來當鎖，因為key是唯一的。
- 第二個為value，我們傳的是requestId，很多童鞋可能不明白，有key作為鎖不就夠了嗎，為什么還要用到value？原因就是我們在上面講到可靠性時，分布式鎖要滿足第四個條件解鈴還須系鈴人，通過給value賦值為requestId，我們就知道這把鎖是哪個請求加的了，在解鎖的時候就可以有依據。requestId可以使用UUID.randomUUID().toString()方法生成。
- 第三個為nxxx，這個參數我們填的是NX，意思是SET IF NOT EXIST，即當key不存在時，我們進行set操作；若key已經存在，則不做任何操作；
- 第四個為expx，這個參數我們傳的是PX，意思是我們要給這個key加一個過期的設置，具體時間由第五個參數決定。
- 第五個為time，與第四個參數相呼應，代表key的過期時間。
總的來說，執行上面的set()方法就只會導致兩種結果：1. 當前沒有鎖（key不存在），那么就進行加鎖操作，並對鎖設置個有效期，同時value表示加鎖的客戶端。2. 已有鎖存在，不做任何操作。
心細的童鞋就會發現了，我們的加鎖代碼滿足我們可靠性里描述的三個條件。首先，set()加入了NX參數，可以保證如果已有key存在，則函數不會調用成功，也就是只有一個客戶端能持有鎖，滿足互斥性。其次，由於我們對鎖設置了過期時間，即使鎖的持有者后續發生崩潰而沒有解鎖，鎖也會因為到了過期時間而自動解鎖（即key被刪除），不會發生死鎖。最后，因為我們將value賦值為requestId，代表加鎖的客戶端請求標識，那么在客戶端在解鎖的時候就可以進行校驗是否是同一個客戶端。由於我們只考慮Redis單機部署的場景，所以容錯性我們暫不考慮。
2）解決鎖誤刪
示例代碼
public class RedisTool { private static final Long RELEASE_SUCCESS = 1L; /** * 釋放分布式鎖 * @param jedis Redis客戶端 * @param lockKey 鎖 * @param requestId 請求標識 * @return 是否釋放成功 */ public static boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String requestId) { String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end"; Object result = jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), Collections.singletonList(requestId)); if (RELEASE_SUCCESS.equals(result)) { return true; } return false; } }
可以看到，我們解鎖只需要兩行代碼就搞定了！第一行代碼，我們寫了一個簡單的Lua腳本代碼，第二行代碼，我們將Lua代碼傳到jedis.eval()方法里，並使參數KEYS[1]賦值為lockKey，ARGV[1]賦值為requestId。eval()方法是將Lua代碼交給Redis服務端執行。
那么這段Lua代碼的功能是什么呢？其實很簡單，首先獲取鎖對應的value值，檢查是否與requestId相等，如果相等則刪除鎖（解鎖）。那么為什么要使用Lua語言來實現呢？因為要確保上述操作是原子性的。那么為什么執行eval()方法可以確保原子性，源於Redis的特性，簡單來說，就是在eval命令執行Lua代碼的時候，Lua代碼將被當成一個命令去執行，並且直到eval命令執行完成，Redis才會執行其他命令。
4.總結
本文主要介紹了Redis分布式鎖的實現原理，以及如何使用java代碼正確實現Redis分布式鎖，對於加鎖和解鎖也分別針對Redis兩個版本給出了示例。
5.參考資料
https://blog.csdn.net/qq_33666373/article/details/78870294
https://www.cnblogs.com/SophieLSR/p/9001789.html
https://blog.csdn.net/hxpjava1/article/details/81068355
http://www.importnew.com/27477.html
https://blog.csdn.net/qq_21033663/article/details/79967158
https://blog.csdn.net/andy86869/article/details/81668355
https://blog.csdn.net/kongmin_123/article/details/82080962
http://www.redis.cn/commands/set.html