第十五節：Redis分布式鎖剖析和幾種客戶端的實現

一. Redis分布式鎖剖析

1. 背景

　在傳統的單體項目中，即部署到單個IIS上，針對並發問題，比如進銷存中的出庫和入庫問題，多個人同時操作，屬於一個IIS進程中多個線程並發操作的問題，這個時候可以引入線程鎖lock/Monitor等，輕松解決這類問題。但是隨着業務量的逐漸增大，比如"秒殺業務", 肯定是集群部署，這個時候線程鎖已經沒用了, 必須引入分布式鎖。

　常見的分布式鎖有：數據庫、zookeeper、redis. 本節重點介紹redis的分布式鎖.

如下圖：

參考：https://segmentfault.com/a/1190000018106844

　　　https://www.cnblogs.com/runningsmallguo/p/10322315.html

2. 分布式鎖需要滿足的條件

　(1).在分布式系統環境下，一個鎖在同一時間只能被一個服務器獲取；（這是所有分布式鎖的基礎）

　(2).高性能的獲取鎖和釋放鎖；（鎖用完了，要及時釋放，以供別人繼續使用）

　(3).具備鎖失效機制，防止死鎖；（防止因為某些意外，鎖沒有得到釋放，那別人將永遠無法使用）

　(4).具備非阻塞鎖特性，即沒有獲取到鎖將直接返回獲取鎖失敗。（滿足等待鎖的同時，也要滿足非阻塞鎖特性，便於多樣性的業務場景使用）

3. 分布式鎖種類/原理

(1).阻塞鎖

　　嘗試在redis中創建一個字符串結構緩存，方法傳入key和過期時間(AcquireLock), 其中key對應的value為鎖的過期時間timeout的時間戳。

　　若redis中沒有這個key，則創建成功（即搶到鎖），然后立即返回；若已經有這個key，則先watch，然后校驗value中的時間戳是否已經超過當前時間。

　　若已超過，則嘗試使用提交事務的方式覆蓋新的時間戳，事務提交成功（即搶到鎖),然后立即返回；若未超過當前時間或事務提交失敗（即被別人搶到鎖），則進入一個內部優化過的微循環，不斷重試。

　傳入的timeout還有一個作用，就是控制重試時間，重試超時后則拋異常，using完成方法調用或者顯式調用dispose，都會直接清除key。

總結：

　　timeout有兩個意思：一是如果成功加鎖后鎖的過期時間, 二是未成功加鎖后阻塞等待的時間。數據鎖服務通過檢查value中時間戳來判斷是否過期，並不是利用redis在key上設置expire time來通過key的過期實現的。

(2).非阻塞鎖

　　嘗試在redis中創建一個字符串結構緩存項,方法傳入key、value、timeout（Add），其中value無實際意義，過期時間為傳入的timeout。

　　若redis中沒有這個key,則創建成功（即搶到鎖）,然后立即返回true.若已經有這個key，則立即返回false。以上過程為全局單線程原子操作，整個過程為獨占式操作。IsLock可以檢測key是否存在。

注意：

　　timeout即成功加鎖后鎖的過期時間，利用redis在key上設置expire time來通過key的過期實現。不要先用IsLock判斷是否有鎖再用Add加鎖，因為這兩個操作非原子性操作，期間會被其他操作干擾。

(3).底層實現主要用到以下幾個指令

A.setnx

　setnx key val：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

B.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

C.delete

　delete key：刪除key

 

二. 案例模擬實現

1.場景模擬分析

　模擬多個用戶進行秒殺業務，扣減庫存→創建訂單。 （PS：這里只是為了演示分布式鎖而已,實際場景可以利用redis自減Api原子性實現扣減庫存，從而干掉鎖的問題）

總結：真正的秒殺是不會用分布式鎖的, 因為用鎖會存在等待的問題,會產生大量無響應的情況, 實際情況下可以利用Lua腳本結合redis原子性的特點，編寫秒殺業務。詳見：https://www.cnblogs.com/yaopengfei/p/13749772.html

下面分享3個不同的程序集實現分布式鎖的業務.

2. ServiceStack.Redis

(1).阻塞鎖

代碼分享

   /// <summary>
    /// 阻塞鎖
    /// </summary>
    public class BlockingLock
    {

        public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout)
        {
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            using (var myLock = client.AcquireLock(key, timeout))  //獲取鎖  （此處阻塞，其它線程等待）
            {
                var goodNum = client.Get<int>("goodNum");
                if (goodNum > 0)
                {
                    client.Set<int>("goodNum", goodNum - 1);  //扣減庫存
                    var orderNum = client.Incr("orderNum");
                    Console.WriteLine($"{i}搶購成功,此時的庫存為{goodNum - 1},訂單數量為:{orderNum}");

                }
                else
                {
                    Console.WriteLine($"商品已經賣光了");
                }
            }
        }
    }

調用

 static void Main(string[] args)
 {

            Console.WriteLine("請輸入開始搶購的時間：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            //商品數量(設置為10)
            client.Set<int>("goodNum", 10);
            //訂單數(默認為0)
            client.Set<int>("orderNum", 0);

            //開啟30個線程去搶購
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式開啟秒殺！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {
                            BlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //阻塞鎖

                            //NoBlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //非阻塞鎖
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
  }

copy兩套程序同時運行

(2).非阻塞鎖

代碼分享：

  /// <summary>
    /// 非阻塞鎖
    /// </summary>
    public class NoBlockingLock
    {
        public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout)
        {
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            bool isLocked = client.Add<string>(key, "xxxx", timeout);
            if (isLocked)
            {
                try
                {
                    var goodNum = client.Get<int>("goodNum");
                    if (goodNum > 0)
                    {
                        client.Set<int>("goodNum", goodNum - 1);  //扣減庫存
                        var orderNum = client.Incr("orderNum");   //訂單數量自增1
                        Console.WriteLine($"{i}搶購成功,此時的庫存為{goodNum - 1},訂單數量為:{orderNum}");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"{i}商品已經賣光了");
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine($"{i}報錯了{ex.Message}");
                }
                finally
                {
                    client.Remove(key);
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{i}搶購失敗：原因：沒有拿到鎖");
            }
        }
    }

調用

 static void Main(string[] args)
 {

            Console.WriteLine("請輸入開始搶購的時間：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            using var client = new RedisClient("119.45.174.249", 6379, "123456");
            //商品數量(設置為10)
            client.Set<int>("goodNum", 10);
            //訂單數(默認為0)
            client.Set<int>("orderNum", 0);

            //開啟30個線程去搶購
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式開啟秒殺！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {
                            //BlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //阻塞鎖

                            NoBlockingLock.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(100));   //非阻塞鎖
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
  }

copy兩套程序同時運行 

 

3. StackExchange.Redis

代碼分享

 public class MyLock1
    {
        public static void Show(int i, string key, TimeSpan timeout)
        {

            RedisHelp redis = new RedisHelp("119.45.174.249:6379,password=123456");
            var client = redis.GetDatabase();

            bool isLocked = client.LockTake(key, Environment.MachineName, timeout); //timeout秒后自動釋放
            if (isLocked)
            {
                try
                {
                    var goodNum = int.Parse(client.StringGet("goodNum"));
                    if (goodNum > 0)
                    {
                        client.StringSet("goodNum", goodNum - 1);  //扣減庫存
                        var orderNum = client.StringIncrement("orderNum");   //訂單數量自增1
                        Console.WriteLine($"{i}搶購成功,此時的庫存為{goodNum - 1},訂單數量為:{orderNum}");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"{i}商品已經賣光了");
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine($"{i}報錯了{ex.Message}");
                }
                finally
                {
                    client.LockRelease(key, Environment.MachineName);
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{i}搶購失敗：原因：沒有拿到鎖");
            }
        }
    }

調用：

static void Main(string[] args)
{

            Console.WriteLine("請輸入開始搶購的時間：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            RedisHelp redis = new RedisHelp("119.45.174.249:6379,password=123456");
            var client = redis.GetDatabase();
            //商品數量(設置為10)
            client.StringSet("goodNum", 10);
            //訂單數(默認為0)
            client.StringSet("orderNum", 0);

            //開啟30個線程去搶購
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式開啟秒殺！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {
                            MyLock1.Show(i, "akey", TimeSpan.FromSeconds(2));
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
}

4. CSRedisCore

代碼分享

public class MyLock1
    {
        public static void Show(int i, string key, int timeout)
        {

            RedisHelper.Initialization(new CSRedis.CSRedisClient("119.45.174.249:6379,password=123456,defaultDatabase=0"));
            var isLocked = RedisHelper.Lock(key, timeout, true); //timeout秒后自動釋放
            if (isLocked != null)  //獲取超時則返回null
            {
                try
                {
                    var goodNum = int.Parse(RedisHelper.Get("goodNum"));
                    if (goodNum > 0)
                    {
                        RedisHelper.Set("goodNum", goodNum - 1);  //扣減庫存
                        var orderNum = RedisHelper.IncrBy("orderNum");   //訂單數量自增1
                        Console.WriteLine($"{i}搶購成功,此時的庫存為{goodNum - 1},訂單數量為:{orderNum}");
                    }
                    else
                    {
                        Console.WriteLine($"商品已經賣光了");
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine($"報錯了{ex.Message}");
                }
                finally
                {
                    RedisHelper.Del(key);  //上面可以自動刪除，還需要手動刪除嗎？
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{i}搶購失敗：原因：沒有拿到鎖");
            }
        }
    }

調用

  static void Main(string[] args)
  {

            Console.WriteLine("請輸入開始搶購的時間：");
            int minute = int.Parse(Console.ReadLine());
            var client = new CSRedis.CSRedisClient("119.45.174.249:6379,password=123456,defaultDatabase=0");
            //商品數量(設置為10)
            client.Set("goodNum", 10);
            //訂單數(默認為0)
            client.Set("orderNum", 0);

            //開啟30個線程去搶購
            Console.WriteLine($"在{minute}分0秒正式開啟秒殺！");
            var flag = true;
            while (flag)
            {
                if (DateTime.Now.Minute == minute)
                //if (true)
                {
                    flag = false;
                    Parallel.For(0, 30, (i) =>
                    {
                        int temp = i;
                        Task.Run(() =>
                        {

                            MyLock1.Show(i, "akey", 2);
                        });
                    });
                }
            }
            Console.ReadKey();
     }

5. RedLock分布式鎖

  使用程序集【RedLock.net】，內部還是基於【StackExchange.Redis】來實現的。
  (GitHub:https://github.com/samcook/RedLock.net)

{

    var existingConnectionMultiplexer1 = ConnectionMultiplexer.Connect("47.101.216.xx:6379,password=xxx");
    var multiplexers = new List<RedLockMultiplexer> { existingConnectionMultiplexer1, };
    var redlockFactory = RedLockFactory.Create(multiplexers);

    var lockKey = "ypf1234567";
    var expiry = TimeSpan.FromSeconds(30);
    using var redLock = await redlockFactory.CreateLockAsync(lockKey, expiry); // there are also non async Create() methods
    if (redLock.IsAcquired)
    {
        //表示獲取到鎖了, 下面寫需要鎖定的業務
        Console.WriteLine("表示獲取到鎖了, 下面寫需要鎖定的業務");
    }
    else
    {
        //獲取鎖失敗
        Console.WriteLine("獲取鎖失敗");
    }
    Console.ReadKey();

}

 

 

 

 

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• 作       者 : Yaopengfei(姚鵬飛)
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