Redis之分佈式鎖

　　一、加鎖原因
　　
　　二、原子操作
　　
　　三、分佈式鎖
　　
　　四、分佈式鎖常見問題
　　
　　一、加鎖原因
　　
　　在一些比較高併發的業務場景，經常聽到通過加鎖的方法實現線程安全。
　　
　　下面簡單介紹一下
　　
　　1.1 加鎖方式
　　
　　數據庫鎖
　　
　　數據庫本身提供了鎖機制，比如樂觀鎖、悲觀鎖等等。下面給出我之前寫的一篇博客，介紹一下mysql數據庫的鎖機制
　　
　　Mysql的鎖機制
　　
　　單體環境
　　
　　Java線程層面，Java的jdk本身就提供了，比如synchronized和ReentrantLock可重入鎖。這是實現單體環境鎖的一種方法，這裏簡單介紹一下，並不對synchronized和ReentrantLock進行詳細介紹。
　　
　　分佈式環境
　　
　　上面介紹的都是單體環境的和數據庫層面的，下面介紹一下分佈式環境的解決方法。分佈式環境有兩種比較常用的解決方法，一種是通過Zookeeper實現分佈式；一種是通過Redis實現分佈式鎖。本博客比較詳細地介紹一下redis分佈式鎖，對於Zookeeper分佈式鎖有時間再寫博客介紹。
　　
　　1.2 業務場景
　　
　　爲什麼加鎖？從業務來說其實就是有業務場景，技術層面是爲了保證線程安全性，也就是說保證線程操作是原子操作。
　　
　　下面簡單介紹一下一些業務場景
　　
　　比如電商的秒殺場景，這就是一個高併發場景了，假如一個用戶購買了庫存只有10的8件商品，另外一個用戶也要購買5件商品，這兩個用戶是同時進行的，第一個用戶買了8件，庫存就只有2件了，第二個用戶再買5件，注意是和第一個用戶操作同時進行的，這時也是10-5，庫存只有5件了。假如第一個用戶搶佔了，庫存優先減8了，第一個用戶進行操作，同時進行，獲取到的庫存是10，這時就會出現業務問題了。
　　
　　二、原子操作
　　
　　原子操作定義
　　
　　博客介紹一下原子操作，爲什麼說到原子操作呢？貌似和分佈式鎖不搭邊，其實不是的，我們說加鎖，其本質目的就是爲了實現線程操作是原子性的，也就是原子操作。
　　
　　原子操作：是指不會被線程調度機制打斷的操作，而且期間不會有任何上下文切換(context switch)。
　　
　　2.1 context switch
　　
　　上面介紹一下上下文切換(context switch)，上下文切換是計算機的cpu從一個任務，或者說進程，從一個任務(進程)切換到另外一個任務(進程)，期間確保任務(進程)不衝突的過程。
　　
　　在國外的whatis.techtarget網站有進行了比較詳細的定義
　　
　　上下文切換定義
　　
　　三、分佈式鎖
　　
　　3.1 實現方式
　　
　　可以實現方式 setnx+expire
　　
　　在Redis中實現分佈式鎖，可以通過setnx和expire實現，setnx命令意思是set key if not exist，就是說已經有一個線程佔用了，就不執行set key操作
　　
　　語法：setnx key value;expire是設置key的時間
　　
　　這裏setnx key爲tkey,value爲tvalue
　　
　　>setnx tkey tvalue
　　
　　OK
　　
　　>get tkey
　　
　　tvalue
　　
　　>expire tkey 5
　　
　　OK
　　
　　>del tkey
　　
　　(integer) 1
　　
　　先setnx，然後再給key加一個時間5秒，5秒後自動釋放鎖。當然一個進程執行過程還沒5秒也可以就直接刪除key。那麼假如在setnx過程出現異常，鎖就不能釋放。
　　
　　爲了避免上面所說的分佈式鎖不能釋放問題，開源社區有很多分佈式解決方案，很多第三方庫，直到redis2.8版本，作者給出了一個很好的解決方案。
　　
　　redis2.8版本對setnx命令和expire命令進行了拓展，使這兩個命令可以同時執行，也可以理解爲同個事務了。
　　
　　語法：
　　
　　setnx key ex time nx
　　
　　例子，設置tkey,時間爲5秒
　　
　　setnx tkey ex 5 nx
　　
　　四、分佈式鎖常見問題
　　
　　4.1 超時問題
　　
　　假如在釋放鎖和另一個線程重新佔用鎖之間，執行時間過長，超過了鎖的超時設置，這時候就會出現，第一個線程的鎖已經被標記爲過期了，可是在臨界區的執行程序還沒執行，也就是說鎖並沒有真正釋放。這時候如果第二個線程持有了鎖，就會出現臨界區的代碼不能正常串行執行，因爲第一個線程的鎖在臨界區還沒真正釋放。
　　
　　這是一種比較常見的Redis鎖不能釋放的超時問題。
　　
　　通過網上資料，有提供了一種解決方案思路，是通過在set key的時候給value值加一個時間戳字符串或者一個特定的隨機數，比如uuid，可以表示特定線程的標識，這個標識要唯一。
　　
　　然後在刪除key，重新加鎖的時候，校驗這個value是否爲第一個線程的，匹配正確才刪除key，這是一種方案，當然並不是很好的解決方案，只能說是相對安全的，因爲在高併發情況下面，線程的調用機制還是可以支持另外的線程持有鎖的。
　　
　　4.2 集羣環境
　　
　　下面介紹一下集羣環境的鎖問題，業務場景，假如一個線程在主服務器(master)釋放鎖的時候，master突然冗機了，也是就是說鎖還沒被釋放。這時集羣環境檢測到master機器冗機，就切換從服務器(slave)作爲主服務器，這時候，另外一個線程進來了，佔有了同一個鎖，也就是出現了兩個線程同時佔有同一個鎖的情況了。通過keepalive和redis實現主從服務器自動failover的方式或許可以解決問題。因爲並沒有實踐過，所以不做詳細解釋。這篇博客
　　
　　Redis自從自動failover或許可以參考。
　　
　　ReadLock算法
　　
　　集羣環境的鎖同步是一個難題。上面的僅僅是我的想法並沒有實踐過，最近找到一個算法可以解決，ReadLock算法。readlock-py庫已經有對改算法進行實踐。ReadLock算法簡單原理就是通過先檢測set是否成功，set成功之後才向所有節點發送指令，釋放鎖。本博客並不對ReadLock算法做詳細介紹，有機會再寫博客介紹。
　　
　　<dependency>
　　
　　<groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
　　
　　<artifactId>tomcat-embed-jasper<www.thd540.com/ /artifactId>
　　
　　<scope>provided<www.dasheng178.com /scope>
　　
　　</dependency>
　　
　　<dependency>
　　
　　<groupId>javax.servlet</groupId>
　　
　　<artifactId>jstl</artifactId>
　　
　　</dependency>
　　
　　第四步：在SpringBoot的屬性文件application.properties中配置JSP的路由
　　
　　spring.mvc.view.prefix=/
　　
　　spring.mvc.view.suffix=.jsp
　　
　　第五步：修改Maven的pom.xml文件打包方式改成war（默認打包Jar,打包Jar包的方式使用Idea啓動是沒什麼問題，如果單獨運行Jar包就找不到JSP文件，如果改成War包即可）
　　
　　<packaging>war</packaging>
　　
　　SpringBoot中使用Thymeleaf
　　
　　SpringBoot官方是推薦使用thymeleaf作爲優選的視圖解析器，所以SpringBoot對Thymeleaf的支持非常好，這裏僅僅演示SpringBoot如何選用Thymeleaf作用默認視圖解析器。
　　
　　第一步：導入Thymeleaf的依賴
　　
　　<dependency>
　　
　　<groupId>org.springframework.boot<www.quwanyule157.com /groupId>
　　
　　<artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
　　
　　</dependency>
　　
　　第二步：創建存放Thymeleaf模板文件夾，在Resources目錄下創建templates目錄
　　
　　這個文件夾的名字可不是我麼隨便命名的啊，是SpringBoot在自動裝配Thymeleaf視圖解析器的時候就已經預定義好了，我們看一下它的定義源碼。
　　
　　@ConfigurationProperties(prefix www.furggw.com= "spring.thymeleaf")
　　
　　public class ThymeleafProperties {
　　
　　private static final www.dasheng178.com Charset DEFAULT_ENCODING = StandardCharsets.UTF_8;
　　
　　public static final String DEFAULT_PREFIX = www.mcyllpt.com/"classpath:/templates/";
　　
　　public static final String DEFAULT_SUFFIX = ".html";
　　
　　}
　　
　　SpringBoot中使用Freemark
　　
　　第一步：導入Maven依賴
　　
　　<dependency>
　　
　　<groupId>org.springframework.boot</groupId>
　　
　　<artifactId>spring-boot-starter-freemarker</artifactId>
　　
　　</dependency>
　　
　　第二步：創建存放Freemark模板文件夾，在Resources目錄下創建templates目錄
　　
　　@ConfigurationProperties(prefix www.feifanyule.cn/= "spring.freemarker")
　　
　　public class FreeMarkerProperties extends AbstractTemplateViewResolverProperties {
　　
　　public static final String DEFAULT_TEMPLATE_LOADER_PATH = "classpath:/templates/";
　　
　　public static final String DEFAULT_www.wanchuang178.cn  PREFIX = "";
　　
　　public static final String DEFAULT_SUFFIX = ".ftl";
　　
　　}
　　
　　我們可以看到SpringBoot在自動裝配Freemarker視圖解析器默認是將模板文件放在classpath:/templates/路徑內，我們同樣可以在SpringBoot的配置文件中自行配置。
　　
　　小提示：我在寫Freemark視圖解析器的時候並沒有將第一個JSP內部資源解析器給刪除掉，所以他們是並存的，所以我們可以知道SpringBoot在裝配他們的時候給予設定了優先級順序。從下圖可以看到他們的優先級順序；Freemarker>Thymeleaf>InternalResourceViewResolver`