Redisson 分布式鎖源碼 05:公平鎖加鎖


前言

默認的加鎖邏輯是非公平的。

在加鎖失敗時,線程會進入 while 循環,一直嘗試獲得鎖,這時候是多線程進行競爭。就是說誰搶到就是誰的。

Redisson 提供了 公平鎖 機制,使用方式如下:

RLock fairLock = redisson.getFairLock("anyLock");
// 最常見的使用方法
fairLock.lock();

下面一起看下公平鎖是如何實現的?

公平鎖

相信小伙伴們看過前面的文章,已經輕車熟路了,直接定位到源碼方法:RedissonFairLock#tryLockInnerAsync

好家伙,這一大塊代碼,我截圖也截不完,咱們直接分析 lua 腳本。

PS:雖然咱不懂 lua,但是這一堆堆的 if else 咱們大概還是能看懂的。

因為 debug 發現 command == RedisCommands.EVAL_LONG,所以直接看下面一部分。

這么長,連呼好幾聲好家伙!

先來看看參數都有啥?

  1. KEYS[1]:加鎖的名字,anyLock
  2. KEYS[2]:加鎖等待隊列,redisson_lock_queue:{anyLock}
  3. KEYS[3]:等待隊列中線程鎖時間的 set 集合,redisson_lock_timeout:{anyLock},是按照鎖的時間戳存放到集合中的;
  4. ARGV[1]:鎖超時時間 30000;
  5. ARGV[2]:UUID:ThreadId 組合 a3da2c83-b084-425c-a70f-5d9a08b37f31:1
  6. ARGV[3]:threadWaitTime 默認 300000;
  7. ARGV[4]:currentTime 當前時間戳。

加鎖隊列和集合是含有大括號的字符串。{XXXX} 是指這個 key 僅使用 XXXX 用來計算 slot 的位置。

Lua 腳本分析

上面的 lua 腳本是分為幾塊的,咱們分別從不同的角度看下上面代碼的執行。

首次加鎖(Thread1)

第一部分,因為是首次加鎖,所以等待隊列為空,直接 跳出循環。這一部分執行結束。

第二部分:

  1. 當鎖不存在,等待隊列為空或隊首是當前線程,兩個條件都滿足時,進入內部邏輯;
  2. 從等待隊列和超時集合中刪除當前線程,這時候等待隊列和超時集合都是空的,不需要任何操作;
  3. 減少隊列中所有等待線程的超時時間,也不需要任何操作;
  4. 加鎖並設置超時時間。

執行完這里就 return 了。所以后面幾部分就暫時不看了。

相當於下面兩個命令(整個 lua 腳本都是原子的!):

> hset anyLock a3da2c83-b084-425c-a70f-5d9a08b37f31:1 1
> pexpire anyLock 30000

Thread2 加鎖

當 Thread1 加鎖完成之后,此時 Thread2 來加鎖。

Thread2 可以是本實例其他線程,也可以是其他實例的線程。

第一部分,雖然鎖被 Thread1 占用了,但是等待隊列是空的,直接跳出循環。

第二部分,鎖存在,直接跳過。

第三部分,線程是否持鎖,沒有持鎖,直接跳過。

第四部分,線程是否在等待隊列中,Thread2 才來加鎖,不在里面,直接跳過。

Thread2 最后會來到這里:

  1. 從線程等待隊列 redisson_lock_queue:{anyLock} 中獲取最后一個線程;
  2. 因為等待隊列是空的,所以直接獲取當前鎖的剩余時間 ttl anyLock
  3. 組裝超時時間 timeout = ttl + 300000 + 當前時間戳,這個 300000 是默認 60000*5
  4. 使用 zadd 將 Thread2 放到等待線程有序集合,然后使用 rpush 將 Thread2 再放到等待隊列中。

zadd KEYS[3] timeout ARGV[2]

這里使用 zadd 命令分別放置的是,redisson_lock_timeout:{anyLock},超時時間戳(1624612689520),線程(UUID2:Thread2)。

其中超時時間戳當分數,用來在有序集合中排序,表示加鎖的順序。

Thread3 加鎖

Thread1 占有了鎖,Thread2 在等待,此時線程 3 來了。

獲取 firstThreadId2 此時隊列是有線程的是 UUID2:Thread2。

判斷 firstThreadId2 的分數(超時時間戳)是不是小於當前時間戳:

  1. 小於等於則說明超時了,移除 firstThreadId2;
  2. 大於,則會進入后續判斷。

第二、三、四部分都不滿足條件。

Thread3 最后也會來到這里:

  1. 從線程等待隊列 redisson_lock_queue:{anyLock} 中獲取最后一個線程;
  2. 最后一個線程存在,且不是自己,則 ttl = lastThreadId 超時時間戳 - 當前時間戳,就是看最后一個線程還有多久超時;
  3. 組裝超時時間 timeout = ttl + 300000 + 當前時間戳,這個 300000 是默認 60000*5,在最后一個線程的超時時間上加上 300000 以及當前時間戳,就是 Thread3 的超時時間戳。
  4. 使用 zadd 將 Thread3 放到等待線程有序集合,然后使用 rpush 將 Thread3 再放到等待隊列中。

總結

本文主要總結了公平鎖的加鎖邏輯,這涉及到比較多的 Redis 操作,做一下簡要總結:

  1. Redis Hash 數據結構:存放當前鎖,Redis Key 就是鎖,Hash 的 field 是加鎖線程,Hash 的 value 是 重入次數;
  2. Redis List 數據結構:充當線程等待隊列,新的等待線程會使用 rpush 命令放在隊列右邊;
  3. Redis sorted set 有序集合數據結構:存放等待線程的順序,分數 score 用來是等待線程的超時時間戳。

需要理解的就是這里會額外添加一個等待隊列,以及有序集合。

對照着 Java 公平鎖源碼閱讀,理解起來效果更好。

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