Redisson中红锁（RedLock）的实现

一、什么是红锁

当在单点redis中实现redis锁时，一旦redis服务器宕机，则无法进行锁操作。因此会考虑将redis配置为主从结构，但在主从结构中，数据复制是异步实现的。假设在主从结构中，master会异步将数据复制到slave中，一旦某个线程持有了锁，在还没有将数据复制到slave时，master宕机。则slave会被提升为master，但被提升为slave的 master中并没有之前线程的锁信息，那么其他线程则又可以重新加锁。

二、RedLock算法原理

redlock是一种基于多节点redis实现分布式锁的算法，可以有效解决redis单点故障的问题。官方建议搭建五台 redis服务器对redlock算法进行实现。

在redis官网中，对于redlock算法的实现思想也做了详细的介绍。

地址：https://redis.io/topics/distlock

整个实现过程分为五步：

1）记录获取锁前的当前时间
2）使用相同的key，value获取所有redis实例中的锁，并且设置获取锁的时间要远远小于锁自动释放的时间。假设锁自动释放时间是10秒，则获取时间应在5-50毫秒之间。通过这种方式避免客户端长时间等待一个已经关闭的实例，如果一个实例不可用了，则尝试获取下一个实例。
3）客户端通过获取所有实例的锁后的时间减去第一步的时间，得到的差值要小于锁自动释放时间，避免拿到一个已经过期的锁。并且要有超过半数的redis实例成功获取到锁，才算最终获取锁成功。如果不是超过半数，有可能出现多个客户端重复获取到锁，导致锁失效。
4）当已经获取到锁，那么它的真正失效时间应该为：过期时间-第三步的差值。
5）如果客户端获取锁失败，则在所有redis实例中释放掉锁。为了保证更高效的获取锁，还可以设置重试策略，在一定时间后重新尝试获取锁，但不能是无休止的，要设置重试次数。

三、RedLock用法示例

1）新建配置类

@Configuration
public class RedissonRedLockConfig {

    public RedissonRedLock initRedissonClient(String lockKey){

        Config config1 = new Config();
        config1.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.200.150:7000").setDatabase(0);
        RedissonClient redissonClient1 = Redisson.create(config1);

        Config config2 = new Config();
        config2.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.200.150:7001").setDatabase(0);
        RedissonClient redissonClient2 = Redisson.create(config2);

        Config config3 = new Config();
        config3.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.200.150:7002").setDatabase(0);
        RedissonClient redissonClient3 = Redisson.create(config3);

        Config config4 = new Config();
        config4.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.200.150:7003").setDatabase(0);
        RedissonClient redissonClient4 = Redisson.create(config4);

        Config config5 = new Config();
        config5.useSingleServer().setAddress("redis://192.168.200.150:7004").setDatabase(0);
        RedissonClient redissonClient5 = Redisson.create(config5);

        RLock rLock1 = redissonClient1.getLock(lockKey);
        RLock rLock2 = redissonClient2.getLock(lockKey);
        RLock rLock3 = redissonClient3.getLock(lockKey);
        RLock rLock4 = redissonClient4.getLock(lockKey);
        RLock rLock5 = redissonClient5.getLock(lockKey);

        RedissonRedLock redissonRedLock = new RedissonRedLock(rLock1,rLock2,rLock3,rLock4,rLock5);

        return redissonRedLock;
    }
}

2）新建测试类,完成加锁与解锁操作

@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
public class RedLockTest {

    @Autowired
    private RedissonRedLockConfig redissonRedLockConfig;

    @Test
    public void easyLock(){
        //模拟多个10个客户端
        for (int i=0;i<10;i++) {
            Thread thread = new Thread(new RedLockTest.RedLockRunnable());
            thread.start();
        }

        try {
            System.in.read();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private class RedLockRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            RedissonRedLock redissonRedLock = redissonRedLockConfig.initRedissonClient("demo");

            try {
                boolean lockResult = redissonRedLock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);

                if (lockResult){
                    System.out.println("获取锁成功");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                redissonRedLock.unlock();
                System.out.println("释放锁");
            }
        }
    }
}

redissonRedLock加锁源码分析

public boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
    long newLeaseTime = -1;
    if (leaseTime != -1) {
        newLeaseTime = unit.toMillis(waitTime)*2;
    }

    long time = System.currentTimeMillis();
    long remainTime = -1;
    if (waitTime != -1) {
        remainTime = unit.toMillis(waitTime);
    }
    long lockWaitTime = calcLockWaitTime(remainTime);
    /**
     * 1. 允许加锁失败节点个数限制（N-(N/2+1)）,当前假设五个节点，则允许失败节点数为2
    */
    int failedLocksLimit = failedLocksLimit();
    /**
     * 2. 遍历所有节点执行lua加锁，用于保证原子性
    */
    List<RLock> acquiredLocks = new ArrayList<>(locks.size());
    for (ListIterator<RLock> iterator = locks.listIterator(); iterator.hasNext();) {
        RLock lock = iterator.next();
        boolean lockAcquired;
        /**
         *  3.对节点尝试加锁
        */
        try {
            if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
                lockAcquired = lock.tryLock();
            } else {
                long awaitTime = Math.min(lockWaitTime, remainTime);
                lockAcquired = lock.tryLock(awaitTime, newLeaseTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
            }
        } catch (RedisResponseTimeoutException e) {
            // 如果抛出这类异常，为了防止加锁成功，但是响应失败，需要解锁所有节点
            unlockInner(Arrays.asList(lock));
            lockAcquired = false;
        } catch (Exception e) {
            // 抛出异常表示获取锁失败
            lockAcquired = false;
        }

        if (lockAcquired) {
            /**
             *4. 如果获取到锁则添加到已获取锁集合中
            */
            acquiredLocks.add(lock);
        } else {
            /**
             * 5. 计算已经申请锁失败的节点是否已经到达 允许加锁失败节点个数限制 （N-(N/2+1)）
             * 如果已经到达， 就认定最终申请锁失败，则没有必要继续从后面的节点申请了
             * 因为 Redlock 算法要求至少N/2+1 个节点都加锁成功，才算最终的锁申请成功
             */
            if (locks.size() - acquiredLocks.size() == failedLocksLimit()) {
                break;
            }

            if (failedLocksLimit == 0) {
                unlockInner(acquiredLocks);
                if (waitTime == -1 && leaseTime == -1) {
                    return false;
                }
                failedLocksLimit = failedLocksLimit();
                acquiredLocks.clear();
                // reset iterator
                while (iterator.hasPrevious()) {
                    iterator.previous();
                }
            } else {
                failedLocksLimit--;
            }
        }

        /**
        * 6.计算从各个节点获取锁已经消耗的总时间，如果已经等于最大等待时间，则申请锁失败，返回false
        */
        if (remainTime != -1) {
            remainTime -= System.currentTimeMillis() - time;
            time = System.currentTimeMillis();
            if (remainTime <= 0) {
                unlockInner(acquiredLocks);
                return false;
            }
        }
    }

    if (leaseTime != -1) {
        List<RFuture<Boolean>> futures = new ArrayList<>(acquiredLocks.size());
        for (RLock rLock : acquiredLocks) {
            RFuture<Boolean> future = ((RedissonLock) rLock).expireAsync(unit.toMillis(leaseTime), TimeUnit.MILLISECONDS);
            futures.add(future);
        }

        for (RFuture<Boolean> rFuture : futures) {
            rFuture.syncUninterruptibly();
        }
    }

    /**
     * 7.如果逻辑正常执行完则认为最终申请锁成功，返回true
    */
    return true;
}