80% 人不知道的 Redis 分布式鎖的正確實現方式（Java 版）

本博客使用第三方開源組件Jedis實現Redis客戶端，且只考慮Redis服務端單機部署的場景。

前言

分布式鎖一般有三種實現方式：1. 數據庫樂觀鎖；2. 基于Redis的分布式鎖；3. 基于ZooKeeper的分布式鎖。本篇博客將介紹第二種方式，基于Redis實現分布式鎖。雖然網上已經有各種介紹Redis分布式鎖實現的博客，然而他們的實現卻有著各種各樣的問題，為了避免誤人子弟，本篇博客將詳細介紹如何正確地實現Redis分布式鎖。

可靠性

首先，為了確保分布式鎖可用，我們至少要確保鎖的實現同時滿足以下四個條件：

1. 互斥性。在任意時刻，只有一個客戶端能持有鎖。

2. 不會發生死鎖。即使有一個客戶端在持有鎖的期間崩潰而沒有主動解鎖，也能保證后續其他客戶端能加鎖。

3. 具有容錯性。只要大部分的Redis節點正常運行，客戶端就可以加鎖和解鎖。

4. 解鈴還須系鈴人。加鎖和解鎖必須是同一個客戶端，客戶端自己不能把別人加的鎖給解了。

代碼實現

組件依賴

首先我們要通過Maven引入Jedis開源組件，在pom.xml文件加入下面的代碼：

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>2.9.0</version>
</dependency>

加鎖代碼

正確姿勢

Talk is cheap, show me the code。先展示代碼，再帶大家慢慢解釋為什么這樣實現：

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，并對鎖設置個有效期，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，由于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。由于我們只考慮Redis單機部署的場景，所以容錯性我們暫不考慮。

錯誤示例1

比較常見的錯誤示例就是使用jedis.setnx()和jedis.expire()組合實現加鎖，代碼如下：

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，然而由于這是兩條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并不支持多參數的set()方法。

錯誤示例2

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，并設置現在鎖的過期時間
        String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);
        if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
            // 考慮多線程并發的情況，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. 由于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。

解鎖代碼

正確姿勢

還是先展示代碼，再帶大家慢慢解釋為什么這樣實現：

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，上一次見到這個編程語言還是在《***與畫家》里，沒想到這次居然用上了。第二行代碼，我們將Lua代碼傳到jedis.eval()方法里，并使參數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。關于非原子性會帶來什么問題，可以閱讀【解鎖代碼-錯誤示例2】 。那么為什么執行eval()方法可以確保原子性，源于Redis的特性，下面是官網對eval命令的部分解釋：

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，并且直到eval命令執行完成，Redis才會執行其他命令。

錯誤示例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);
}

錯誤示例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，問題在于如果調用jedis.del()方法的時候，這把鎖已經不屬于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。

總結

本文主要介紹了如何使用Java代碼正確實現Redis分布式鎖，對于加鎖和解鎖也分別給出了兩個比較經典的錯誤示例。其實想要通過Redis實現分布式鎖并不難，只要保證能滿足可靠性里的四個條件。互聯網雖然給我們帶來了方便，只要有問題就可以google，然而網上的答案一定是對的嗎？其實不然，所以我們更應該時刻保持著質疑精神，多想多驗證。

如果你的項目中Redis是多機部署的，那么可以嘗試使用Redisson實現分布式鎖，這是Redis官方提供的Java組件。