redis 分佈式鎖

 

使用redis的比較完美的加鎖解鎖

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習慣性說一下寫這篇文章要說明什麼，我們經常用redis進行加鎖操作，目的是爲了解決併發可能帶來的問題。但是使用redis加鎖的方式有多種，本文對常見的幾種方式進行解析，並提供一種相對完美的方案。

read & write 問題

這是一個經典問題，請看代碼：

    //redis中的某個鍵自增
    $val = $this->redis->get($key);
    $val ++;
    $this->redis->set($val);

這段代碼邏輯沒有問題，就是先讀取數據，再修改數據，在寫回修改，這裏是希望每次訪問都遞增變量$val的值，但在併發情況下，存在情況是兩個進程都讀取到了一樣的初始值，然後都加1，最後寫回Redis，這種情況就會統計數據比實際的少。這個問題應該有許多人遇到過，思考過怎麼解決這類問題。這裏給出一個統一的解決方案，就是儘量保證操作的原子性，比如可以用redis的incr命令來實現自增（可以認爲redis的命令是原子的）。

加鎖

由上面的問題再進一步，來探討一個大家常用的，爲一個操作進行加鎖。

問題場景如下：有一個商品，每個用戶都可以去修改商品信息。假設用戶id分別爲6和8的用戶對id爲123的商品進行操作。

錯誤示例1

    $key = '123';
    $val = $this->redis->get($key);
    if(!$val){
        $this->redis->set($key,'123');
        $this->redis->expire($key,'4');
        /**此處修改商品信息操作
                ******
        **/
        $this->redis->del($key);
    }else{
        echo '錯誤提示';
    }
    

上面這個錯誤示例，
錯誤點1：set和expire是分開寫的，如果說程序執行中再執行了set()後出現崩潰，則這個就變成了永久鎖（雖然這是個小概率事件）。

錯誤點2：這個商品中設置的key是商品id，val也是商品id，很多人認爲只有一個key就可以了，val是什麼無所謂。這就缺少了鎖的標識，無法判斷這個鎖的擁有者是誰，從而會帶來一系列影響如下。

1. 用戶1進程獲取key對應的val，發現沒有鎖，所以調用了set，可能在set前，另一個用戶2的進程也發現沒有這個鎖，也進行set，就造成了兩個進程都認爲自己獲取到了鎖的情況，
2. 然後繼續，如果1用戶的進程執行完了操作，刪除了key，用戶2進程未執行完畢，此時由於無法識別是否是自己加的鎖，就刪除了key，這時再有新的進程進入，檢查不到鎖，可以立即執行，則有可能和用戶2的修改衝突。

針對錯誤1和錯誤2的第1點，我們只需要去除read & write模式就可以解決，解決方案爲

    //同時設置val和過期時間，並使用setnx
    $status = $this->redis->setnx($key,$val,$expireTime);
    if($status){
         /**此處修改商品信息操作
                ******
        **/
        $this->redis->del($key);
    }else{
        echo '錯誤提示';
    }

setnx，可以在設置時檢查是否存在鎖不存在則設置並返回1，如果存在不覆蓋並返回0。

針對錯誤2第2點，我們需要爲每個進程設置一個獨立的自己可以識別的val，如果一個用戶只能開一個進程，這個val可以爲用戶id，如果一個用戶可以設置多個進程，那麼必須按照實際車情況採用其他方式來區分，這裏我們以用戶id爲例，並且在刪除的時候只能刪除自己的鎖。那麼這裏問題又出現了,如果我們寫成這樣：

    //同時設置val和過期時間，並使用setnx
    $userId = 2;
    $status = $this->redis->setnx($key,$userId,$expireTime);
    if($status){
         /**此處修改商品信息操作
                ******
        **/
        if($this->redis->get($key) == $userId){
            $this->redis->del($key);
        }
        
    }else{
        echo '錯誤提示';
    }

這種情況看似沒有什麼問題，其實不然，大家注意我再設置所得時候，設置了一個過期時間，假如這個時間設置的是4秒，那麼如果進程A執行到刪除前一刻一不小心超過了4秒，那麼這個鎖就自動消失了。而另一個進程B查到沒有鎖，就加了一把自己的鎖，此時進程A執行刪除，就把B的鎖給刪除了（極小概率事件）。

這裏解決方案有兩種

1. 設置比較長的expire時間，弊端：設置的太長，佔用內存時間長，設置的太短不能完全解決問題。（可能有人會想不設置過期時間就可以，那麼回到最初的錯誤點，如果程序設置了鎖後崩潰了就變成了永久的鎖。）
2. 把對比和刪除弄成一個原子操作，這裏呢找到了一個方法，就是用redis的eval，把語句變成原子操作。注意redis用的是lua語法，我也是新學的

     //同時設置val和過期時間，並使用setnx
    $userId = 2;
    $status = $this->redis->setnx($key,$userId,$expireTime);
    if($status){
         /**此處修改商品信息操作
                ******
        **/
        //因爲寫這個博客的機器沒有裝redis，所以沒有驗證這個語法對不對。請大家見諒
         $script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call('del', KEYS[1]) else return 0 end";
        $result = $this->redis->eval(script,array($key,$val),1);
        if ($result) {
            return true;
        }

    }else{
        echo '錯誤提示';
    }

這裏就把兩個操作變成了一個原子操作。解決的加鎖和解鎖可能出現的問題。

我們來說一些題外話拓展：在進程有可能出現衝突的地方，一般我們叫做臨界區（操作系統中也有這個概念，是通過另一種叫做PV信號量的方式來解決的，其實可以理解爲組織等待進程隊列，P操作不能獲取到資源使用權的則進入等待隊列，等待V操作釋放資源後，檢查是否有等待隊列，進行進程釋放。當然PV操作也是原子性的。所以說解決相似問題的辦法也有一定的相似性）。

                                                                 歡迎大家評論補充   ---  vinter_he

 對於一些get set 操作，保證其原子性是解決問題的本質，一般可以嘗試數據庫對應的原子命令，在例如：setnx 、getset 等。歸根結底也就是將異步問題在某個時間同步化！