多節點redis實現的分布式鎖算法(RedLock):有效防止單點故障
假設有5個完全獨立的redis主服務器
1.獲取當前時間戳
2.client嘗試按照順序使用相同的key,value獲取所有redis服務的鎖,在獲取鎖的過程中的獲取時間比鎖過期時間短很多,這是為了不要過長時間等待已經關閉的redis服務。並且試着獲取下一個redis實例。
比如:TTL為5s,設置獲取鎖最多用1s,所以如果一秒內無法獲取鎖,就放棄獲取這個鎖,從而嘗試獲取下個鎖
3.client通過獲取所有能獲取的鎖后的時間減去第一步的時間,這個時間差要小於TTL時間並且至少有3個redis實例成功獲取鎖,才算真正的獲取鎖成功
4.如果成功獲取鎖,則鎖的真正有效時間是 TTL減去第三步的時間差 的時間;比如:TTL 是5s,獲取所有鎖用了2s,則真正鎖有效時間為3s(其實應該再減去時鍾漂移);
5.如果客戶端由於某些原因獲取鎖失敗,便會開始解鎖所有redis實例;因為可能已經獲取了小於3個鎖,必須釋放,否則影響其他client獲取鎖
算法示意圖如下:
什么是時鍾漂移
如果redis服務器的機器時鍾發生了向前跳躍,就會導致這個key過早超時失效,比如說客戶端1拿到鎖后,key的過期時間是12:02分,但redis服務器本身的時鍾比客戶端快了2分鍾,導致key在12:00的時候就失效了,這時候,如果客戶端1還沒有釋放鎖的話,就可能導致多個客戶端同時持有同一把鎖的問題。
RedLock算法是否是異步算法
可以看成是同步算法;因為 即使進程間(多個電腦間)沒有同步時鍾,但是每個進程時間流速大致相同;並且時鍾漂移相對於TTL較小,可以忽略,所以可以看成同步算法;(不夠嚴謹,算法上要算上時鍾漂移,因為如果兩個電腦在地球兩端,則時鍾漂移非常大)
RedLock失敗重試
當client不能獲取鎖時,應該在隨機時間后重試獲取鎖;並且最好在同一時刻並發的把set命令發送給所有redis實例;而且對於已經獲取鎖的client在完成任務后要及時釋放鎖,這是為了節省時間;
RedLock釋放鎖
由於釋放鎖時會判斷這個鎖的value是不是自己設置的,如果是才刪除;所以在釋放鎖時非常簡單,只要向所有實例都發出釋放鎖的命令,不用考慮能否成功釋放鎖;
RedLock注意點(Safety arguments):
1.先假設client獲取所有實例,所有實例包含相同的key和過期時間(TTL) ,但每個實例set命令時間不同導致不能同時過期,第一個set命令之前是T1,最后一個set命令后為T2,則此client有效獲取鎖的最小時間為TTL-(T2-T1)-時鍾漂移;
2.對於以N/2+ 1(也就是一半以 上)的方式判斷獲取鎖成功,是因為如果小於一半判斷為成功的話,有可能出現多個client都成功獲取鎖的情況, 從而使鎖失效
3.一個client鎖定大多數實例耗費的時間大於或接近鎖的過期時間,就認為鎖無效,並且解鎖這個redis實例(不執行業務) ;只要在TTL時間內成功獲取一半以上的鎖便是有效鎖;否則無效
系統有活性的三個特征
1.能夠自動釋放鎖
2.在獲取鎖失敗(不到一半以上),或任務完成后 能夠自動釋放鎖,不用等到其自動過期
3.在client重試獲取了鎖前(第一次失敗到第二次重試時間間隔)大於第一次獲取鎖消耗的時間;
4.重試獲取鎖要有一定次數限制
RedLock性能及崩潰恢復的相關解決方法
1.如果redis沒有持久化功能,在clientA獲取鎖成功后,所有redis重啟,clientB能夠再次獲取到鎖,這樣違反了鎖的排它互斥性;
2.如果啟動AOF永久化存儲,事情會好些, 舉例:當重啟redis后,由於redis過期機制是按照unix時間戳走的,所以在重啟后,然后會按照規定的時間過期,不影響業務;但是由於AOF同步到磁盤的方式默認是每秒1次,如果在一秒內斷電,會導致數據丟失,立即重啟會造成鎖互斥性失效;但如果同步磁盤方式使用Always(每一個寫命令都同步到硬盤)造成性能急劇下降;所以在鎖完全有效性和性能方面要有所取舍;
3.有效解決既保證鎖完全有效性及性能高效及即使斷電情況的方法是redis同步到磁盤方式保持默認的每秒,在redis無論因為什么原因停掉后要等待TTL時間后再重啟(學名:延遲重啟) ;缺點是 在TTL時間內服務相當於暫停狀態;
總結:
1.TTL時長 要大於正常業務執行的時間+獲取所有redis服務消耗時間+時鍾漂移
2.獲取redis所有服務消耗時間要 遠小於TTL時間,並且獲取成功的鎖個數要 在總數的一般以上:N/2+1
3.嘗試獲取每個redis實例鎖時的時間要 遠小於TTL時間
4.嘗試獲取所有鎖失敗后 重新嘗試一定要有一定次數限制
5.在redis崩潰后(無論一個還是所有),要延遲TTL時間重啟redis
6.在實現多redis節點時要結合單節點分布式鎖算法 共同實現