之前碼甲哥寫了兩篇有關線程安全的文章：
- 你管這叫線程安全？
- .NET八股文：線程同步技術解讀
分佈式鎖是"線程同步"的延續
最近首度應用"分佈式鎖"，現在想想，分佈式鎖不是孤立的技能點，這其實就是跨主機的線程同步。
| 進程內 | 跨進程 | 跨主機 |
|---|---|---|
| Lock/Monitor、SemaphoreSlim | Metux、Semaphore | 分佈式鎖 |
| 用戶態線程安全 | 內核態線程安全 |
單機服務器可以通過共享某堆內存來標記上鎖/解鎖，線程同步說到底是建立在單機操作系統的用戶態/內核態對共享內存的訪問控制。
而分佈式服務器不是在同一臺機器上：跨主機，因此需要將內存標記存儲在所有機器進程都能看到的地方。
在開發很多業務場景會使用到鎖，例如庫存控制，抽獎等。
例如庫存只剩1個商品，有三個用戶同時打算購買，誰先購買庫存立即清零，不能讓其他二人也購買成功。
解讀分佈式鎖
我們常說的線程安全、線程同步方案，包括此次的分佈式鎖都是基於“多線程/多進程對特定資源有更新操作”。
基本考量:
- 分佈式系統，一個鎖在同一時間只能被一個服務器獲取 (這是分佈式鎖的基礎)
- 具備鎖失效機制，防止死鎖 (防止某些意外，鎖沒有得到釋放，那別人也無法得到鎖)
Redis SET resource-name anystring NX EX max-lock-time 是一種最簡單的分佈式鎖實現方案。
SET 命令支持多個參數：
- EX seconds-- 設置過期時間(s)
- NX -- 如果key不存在，則設置
......
因爲SET命令參數可以替代SETNX，SETEX，GETSET，這些命令在未來可能被廢棄。
上面的命令返回OK(或經過重試)，客戶端就獲取到這個鎖；
使用DEL命令解鎖；
到達超時時間會自動釋放鎖。
在解鎖時，增加一些設計，讓系統更加健壯：
- 不要使用固定的String值，而是使用一個不易被猜中的隨機值， 業內稱爲
token - 不使用DEL命令釋放鎖，而是發送script去移除key
第3、4點是爲了解決 ：“鎖提前過期，客戶端A還沒有執行完，然後客戶端B獲取了鎖，這時客戶端A執行完了，會不會再刪鎖的時候把B的鎖給刪掉” -- 4是3技術上的推薦實現。
腳本如下：
if redis.call("get",KEYS1] ==ARGV[1])
then
return redis.call("DEL",KEYS[1])
else
return 0
end
下面使用StackExchange.Redis 寫了基於以上考量的代碼示例：
/// <summary>
/// Acquires the lock.
/// </summary>
/// <param name="key"></param>
/// <param name="token">隨機值</param>
/// <param name="expireSecond"></param>
/// <param name="waitLockSeconds">非阻塞鎖</param>
static bool Lock(string key, string token,int expireSecond=10, double waitLockSeconds = 0)
{
var waitIntervalMs = 50;
bool isLock;
DateTime begin = DateTime.Now;
do
{
isLock = Connection.GetDatabase().StringSet(key, token, TimeSpan.FromSeconds(expireSecond), When.NotExists);
if (isLock)
return true;
//不等待鎖則返回
if (waitLockSeconds == 0) break;
//超過等待時間，則不再等待
if ((DateTime.Now - begin).TotalSeconds >= waitLockSeconds) break;
Thread.Sleep(waitIntervalMs);
} while (!isLock);
return false;
}
/// <summary>
/// Releases the lock.
/// </summary>
/// <returns><c>true</c>, if lock was released, <c>false</c> otherwise.</returns>
/// <param name="key">Key.</param>
/// <param name="value">value</param>
static bool UnLock(string key, string value)
{
string lua_script = @"
if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then
redis.call('DEL', KEYS[1])
return true
else
return false
end
";
try
{
var res = Connection.GetDatabase().ScriptEvaluate(lua_script,
new RedisKey[] { key },
new RedisValue[] { value });
return (bool)res;
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine($"ReleaseLock lock fail...{ex.Message}");
return false;
}
}
private static Lazy<ConnectionMultiplexer> lazyConnection = new Lazy<ConnectionMultiplexer>(() =>
{
ConfigurationOptions configuration = new ConfigurationOptions
{
AbortOnConnectFail = false,
ConnectTimeout = 5000,
};
configuration.EndPoints.Add("10.100.219.9", 6379);
return ConnectionMultiplexer.Connect(configuration.ToString());
});
public static ConnectionMultiplexer Connection => lazyConnection.Value;
以上代碼新增了第五點考量：
- 爲避免無限制搶鎖，增加了非阻塞鎖： 輪詢_s等待鎖，未等到則不再搶鎖
使用方式：
下面並行開啓三個任務，減少庫存：
static void Main(string[] args)
{
// 嘗試並行執行3個任務
Parallel.For(0, 3, x =>
{
string token = $"loki:{x}";
bool isLocked = Lock("loki", token, 5, 10);
if (isLocked)
{
Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks (with lock) at {DateTime.Now}.");
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine($"{token} release lock {UnLock("loki", token)} at {DateTime.Now}. ");
}
else
{
Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks at {DateTime.Now}.");
}
});
}
輸出總結
本文從基礎的線程安全，八卦文線程同步，延伸到跨主機的資源線程/進程安全， 其中演示了利用RedisSET命令做分佈式鎖的設計方案，雖然是面試八股文，我們依舊需要仔細揣摩Redis Lock的細節考量。