好的，各位程序猿们，攻城狮们，以及未来将要加入我们行列的准码农们，晚上好！欢迎来到今晚的“Redis分布式锁：一场关于原子性的浪漫邂逅”讲座！
今天咱们不谈枯燥的理论，只聊实战，用最接地气的方式，揭开Redis分布式锁的神秘面纱，尤其是SET NX PX命令和Lua脚本这两大利器的爱恨情仇。准备好了吗？让我们开始这场代码与艺术的碰撞之旅吧！🚀
第一幕：锁的江湖，风起云涌
在单机时代，线程锁就能搞定一切。那时候的日子，简单而美好，就像初恋，甜甜蜜蜜，毫无压力。 可是，随着互联网的飞速发展，我们的应用也变得越来越庞大，单机已经无法满足日益增长的业务需求。于是，我们不得不走向分布式架构。
分布式架构就像一个复杂的多人游戏，不同的服务器就像不同的玩家，都需要争夺共享资源。如果没有一个统一的规则，那就会乱成一锅粥，数据错乱，业务崩溃，简直就是一场灾难！
这个时候，分布式锁就应运而生，它就像一个公正的裁判，确保同一时刻只有一个玩家能够访问共享资源，从而保证数据的一致性和正确性。
第二幕：Redis登场，自带光环
在众多分布式锁的实现方案中，Redis凭借其高性能、高可用、易于部署等优点，成为了众多开发者的首选。它就像一位身披战甲的骑士，英勇地守护着我们的数据安全。
为什么Redis如此受欢迎呢？原因很简单：
- 高性能： Redis基于内存操作，速度极快，能够快速获取和释放锁，极大地降低了锁的竞争开销。
- 原子性： Redis的单线程架构保证了命令执行的原子性，避免了并发问题。
- 简单易用： Redis提供了简单易懂的API，方便开发者快速实现分布式锁。
第三幕：SET NX PX：简单粗暴的“抢锁”姿势
SET NX PX 命令是Redis 2.6.12版本之后新增的，它提供了一种更加简洁高效的原子性操作，用于设置键值对，并同时设置过期时间。 它的语法如下：
SET key value [NX|XX] [EX|PX] [time]其中：
key：要设置的键名。value：要设置的键值。NX：仅当键不存在时才设置键值。XX：仅当键存在时才设置键值。EX：设置键的过期时间，单位为秒。PX：设置键的过期时间，单位为毫秒。time：过期时间。
我们可以利用 SET NX PX 命令来实现一个简单的分布式锁：
- 尝试获取锁： 使用
SET key value NX PX timeout命令尝试设置一个键，如果设置成功，则表示获取锁成功；否则，表示获取锁失败。 - 释放锁： 使用
DEL key命令删除该键，释放锁。
举个例子，假设我们要保护的共享资源是商品库存，我们可以使用如下代码：
// 尝试获取锁，key为商品ID，value为随机生成的UUID，防止误删锁，过期时间为10秒
String lockKey = "product_stock_" + productId;
String lockValue = UUID.randomUUID().toString();
String result = jedis.set(lockKey, lockValue, "NX", "PX", 10000);
if ("OK".equals(result)) {
// 获取锁成功，执行业务逻辑
try {
// 减少库存
decreaseStock(productId);
} finally {
// 释放锁
if (lockValue.equals(jedis.get(lockKey))) { // 再次确认是自己加的锁，防止误删
jedis.del(lockKey);
}
}
} else {
// 获取锁失败，稍后重试
Thread.sleep(100);
// 递归调用，或者使用循环重试
acquireLock();
}这个代码看起来很简单，对不对？但是，它也存在一些问题：
- 删除锁的逻辑不够严谨： 我们需要先判断锁的值是否是自己设置的，才能删除锁，防止误删其他客户端的锁。
- 重试机制不够优雅： 获取锁失败后，我们只是简单地sleep一段时间后重试，这种方式效率较低，并且可能造成线程阻塞。
- 缺少自动续租机制： 如果业务逻辑执行时间超过了锁的过期时间，锁会自动释放，导致其他客户端获取到锁，造成并发问题。
总的来说，SET NX PX 命令就像一个愣头青，简单粗暴，虽然能够解决一些问题，但是也存在不少缺陷。
第四幕：Lua脚本：优雅而强大的“锁匠”
为了解决 SET NX PX 命令的缺陷，我们可以使用Lua脚本来实现更加完善的分布式锁。Lua脚本是一种轻量级的脚本语言，它可以嵌入到其他应用程序中使用。Redis支持执行Lua脚本，并且保证脚本执行的原子性。
使用Lua脚本，我们可以将获取锁、判断锁的值、删除锁等操作放在一个原子操作中执行，从而避免并发问题。
下面是一个使用Lua脚本实现分布式锁的示例：
-- 获取锁的脚本
local key = KEYS[1]
local value = ARGV[1]
local expireTime = ARGV[2]
if redis.call("SETNX", key, value) == 1 then
redis.call("PEXPIRE", key, expireTime)
return 1
else
return 0
end这个脚本首先尝试使用 SETNX 命令设置键值对，如果设置成功，则使用 PEXPIRE 命令设置过期时间，并返回 1；否则，返回 0。
释放锁的脚本如下：
-- 释放锁的脚本
local key = KEYS[1]
local value = ARGV[1]
if redis.call("GET", key) == value then
return redis.call("DEL", key)
else
return 0
end这个脚本首先判断锁的值是否是自己设置的，如果是，则使用 DEL 命令删除该键，并返回 1；否则，返回 0。
在Java代码中，我们可以这样使用Lua脚本：
// 获取锁的脚本
String acquireLockScript = "local key = KEYS[1]n" +
"local value = ARGV[1]n" +
"local expireTime = ARGV[2]n" +
"n" +
"if redis.call("SETNX", key, value) == 1 thenn" +
" redis.call("PEXPIRE", key, expireTime)n" +
" return 1n" +
"elsen" +
" return 0n" +
"end";
// 释放锁的脚本
String releaseLockScript = "local key = KEYS[1]n" +
"local value = ARGV[1]n" +
"n" +
"if redis.call("GET", key) == value thenn" +
" return redis.call("DEL", key)n" +
"elsen" +
" return 0n" +
"end";
// 加载脚本
String acquireLockSha = jedis.scriptLoad(acquireLockScript);
String releaseLockSha = jedis.scriptLoad(releaseLockScript);
// 尝试获取锁
Object result = jedis.evalsha(acquireLockSha, 1, lockKey, lockValue, String.valueOf(10000));
if (result.equals(1L)) {
// 获取锁成功，执行业务逻辑
try {
// 减少库存
decreaseStock(productId);
} finally {
// 释放锁
jedis.evalsha(releaseLockSha, 1, lockKey, lockValue);
}
} else {
// 获取锁失败，稍后重试
Thread.sleep(100);
// 递归调用，或者使用循环重试
acquireLock();
}使用Lua脚本，我们可以将获取锁和释放锁的逻辑封装在一个原子操作中，避免了并发问题。同时，Lua脚本还提供了更强的灵活性，我们可以根据实际需求定制更加复杂的锁逻辑。
第五幕：自动续租：让锁更持久
前面我们提到，如果业务逻辑执行时间超过了锁的过期时间，锁会自动释放，导致其他客户端获取到锁，造成并发问题。为了解决这个问题，我们可以引入自动续租机制。
自动续租的原理很简单：在锁即将过期的时候，自动延长锁的过期时间，从而保证锁的持久性。
实现自动续租，我们可以使用一个后台线程，定时检查锁的过期时间，如果锁即将过期，则自动延长锁的过期时间。
下面是一个简单的自动续租的示例：
private ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
// 启动自动续租
public void startAutoRenew() {
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
// 判断锁是否存在，并且锁的值是自己设置的
if (jedis.exists(lockKey) && lockValue.equals(jedis.get(lockKey))) {
// 延长锁的过期时间
jedis.pexpire(lockKey, 10000);
System.out.println("续租成功！");
} else {
// 锁已经被释放，停止续租
System.out.println("锁已释放，停止续租！");
scheduler.shutdown();
}
}, 5, 5, TimeUnit.SECONDS); // 每隔5秒检查一次，如果锁还有5秒过期，则续租
}
// 停止自动续租
public void stopAutoRenew() {
scheduler.shutdown();
}这个代码使用 ScheduledExecutorService 定时检查锁的过期时间，如果锁即将过期，则使用 pexpire 命令延长锁的过期时间。
第六幕：Lua脚本 + 自动续租：终极解决方案
为了实现更加完善的分布式锁，我们可以将Lua脚本和自动续租机制结合起来。
我们可以使用Lua脚本来实现自动续租的逻辑，从而避免并发问题。
下面是一个使用Lua脚本实现自动续租的示例：
-- 续租的脚本
local key = KEYS[1]
local value = ARGV[1]
local expireTime = ARGV[2]
if redis.call("GET", key) == value then
redis.call("PEXPIRE", key, expireTime)
return 1
else
return 0
end这个脚本首先判断锁的值是否是自己设置的，如果是，则使用 PEXPIRE 命令延长锁的过期时间，并返回 1；否则，返回 0。
在Java代码中，我们可以这样使用Lua脚本：
// 续租的脚本
String renewLockScript = "local key = KEYS[1]n" +
"local value = ARGV[1]n" +
"local expireTime = ARGV[2]n" +
"n" +
"if redis.call("GET", key) == value thenn" +
" redis.call("PEXPIRE", key, expireTime)n" +
" return 1n" +
"elsen" +
" return 0n" +
"end";
// 加载脚本
String renewLockSha = jedis.scriptLoad(renewLockScript);
// 启动自动续租
public void startAutoRenew() {
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
// 续租
Object result = jedis.evalsha(renewLockSha, 1, lockKey, lockValue, String.valueOf(10000));
if (result.equals(1L)) {
System.out.println("续租成功！");
} else {
// 锁已经被释放，停止续租
System.out.println("锁已释放，停止续租！");
scheduler.shutdown();
}
}, 5, 5, TimeUnit.SECONDS); // 每隔5秒检查一次，如果锁还有5秒过期，则续租
}第七幕：总结：选择最适合你的“锁”
好了，经过一番讲解，相信大家对Redis分布式锁的实现细节已经有了更深入的了解。
| 特性 | SET NX PX |
Lua脚本 | Lua脚本 + 自动续租 |
|---|---|---|---|
| 简单性 | 高 | 中 | 低 |
| 原子性 | 部分 | 高 | 高 |
| 可靠性 | 低 | 中 | 高 |
| 灵活性 | 低 | 中 | 高 |
| 适用场景 | 简单业务，对可靠性要求不高 | 中等复杂业务 | 复杂业务，对可靠性要求高 |
总的来说，SET NX PX 命令简单易用，适用于简单的业务场景；Lua脚本提供了更强的原子性和灵活性，适用于中等复杂的业务场景；Lua脚本 + 自动续租机制提供了最高的可靠性，适用于复杂的业务场景。
选择哪种方案，需要根据实际业务需求进行权衡。记住，没有最好的方案，只有最适合你的方案！
最后，希望大家在实际工作中能够灵活运用这些技巧，写出更加健壮、可靠的分布式应用！ 感谢大家的聆听！ 👏