极客教程Java Redis 分布式锁｜从青铜到钻石的五种演进方案
在本文中，我们将介绍Java Redis分布式锁的概念以及五种不同的演进方案。分布式锁是一种在分布式系统中保证数据一致性和并发控制的重要机制，而Redis则是一种高性能的缓存数据库，可以用来实现分布式锁。
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青铜方案：基于单实例Redis的分布式锁
在最简单的分布式锁方案中，我们可以使用Redis的setnx（set if not exists）指令来实现。这个指令可以原子性地将一个值设置到Redis缓存中，只有在该键不存在的情况下才会生效。通过这个特性，我们可以将某个键作为锁来实现分布式锁。
下面是一个使用青铜方案实现的分布式锁的示例代码：
public class DistributedLock {
private Jedis jedis; // Redis客户端
private String lockKey; // 锁的键
private String lockValue; // 锁的值
private int expireTime; // 锁的过期时间
public DistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String lockValue, int expireTime) {
this.jedis = jedis;
this.lockKey = lockKey;
this.lockValue = lockValue;
this.expireTime = expireTime;
}
public boolean acquireLock() {
String result = jedis.set(lockKey, lockValue, "NX", "EX", expireTime);
return "OK".equals(result);
}
public void releaseLock() {
jedis.del(lockKey);
}
}
白银方案：基于单实例Redis的分布式锁进阶
青铜方案虽然实现了分布式锁，但有一个较大的缺点：如果获取锁的客户端异常退出，锁将永远不会被释放。为了解决这个问题，我们可以使用Redis的expire指令为锁设置一个过期时间。
在白银方案中，我们对青铜方案进行了改进，增加了一个续租（heartbeat）线程，负责定时续订锁的过期时间。如果续租线程异常退出，锁依然会在过期时间到达后自动释放。
下面是一个使用白银方案实现的分布式锁的示例代码：
public class DistributedLock {
private Jedis jedis; // Redis客户端
private String lockKey; // 锁的键
private String lockValue; // 锁的值
private int expireTime; // 锁的过期时间
private Thread heartbeatThread; // 续租线程
public DistributedLock(Jedis jedis, String lockKey, String lockValue, int expireTime) {
this.jedis = jedis;
this.lockKey = lockKey;
this.lockValue = lockValue;
this.expireTime = expireTime;
}
public boolean acquireLock() {
String result = jedis.set(lockKey, lockValue, "NX", "EX", expireTime);
if ("OK".equals(result)) {
heartbeatThread = new Thread(() -> {
while (true) {
jedis.expire(lockKey, expireTime);
try {
Thread.sleep(expireTime / 2 * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
break;
}
}
});
heartbeatThread.start();
return true;
} else {
return false;
}
}
public void releaseLock() {
jedis.del(lockKey);
heartbeatThread.interrupt();
}
}
黄金方案：基于RedLock的分布式锁
青铜方案和白银方案都仅仅是针对单实例Redis的分布式锁解决方案，而在分布式系统中，数据往往存储在多个Redis节点上。为了保证在多节点之间的数据一致性，我们需要使用到RedLock。
RedLock基于Paxos算法，可以在多个独立的Redis实例上实现分布式锁。在RedLock中，我们需要使用Redisson这类第三方库来简化代码。
下面是一个使用黄金方案（RedLock）实现的分布式锁的示例代码：
Config config = new Config();
config.useClusterServers()
.addNodeAddress("redis://redis1.example.com:6379")
.addNodeAddress("redis://redis2.example.com:6379")
.addNodeAddress("redis://redis3.example.com:6379");
RedissonClient redisson = Redisson.create(config);
RReadWriteLock rwlock = redisson.getReadWriteLock(lockKey);
RLock lock = rwlock.readLock();
lock.lock();
try {
// 业务逻辑代码
} finally {
lock.unlock();
}
钻石方案：基于ZooKeeper的分布式锁
除了Redis，ZooKeeper也是一种常见的用于实现分布式锁的工具。ZooKeeper是一个高性能的分布式协调服务，提供了强一致性和顺序性保证。
在钻石方案中，我们使用ZooKeeper的临时顺序节点来实现分布式锁。每个客户端在ZooKeeper上创建一个临时顺序节点，节点的顺序号决定了锁的获取顺序。当一个客户端需要获取锁时，它会检查自己是否是所有锁节点中最小的那个，如果是，则表示该客户端获取到了锁。
以下是使用钻石方案（基于ZooKeeper）的示例代码：
public class DistributedLock {
private ZooKeeper zooKeeper; // ZooKeeper客户端
private String lockPath; // 锁节点的路径
private String currentNodePath; // 当前节点的路径
public DistributedLock(ZooKeeper zooKeeper, String lockPath) {
this.zooKeeper = zooKeeper;
this.lockPath = lockPath;
}
public boolean acquireLock() {
try {
currentNodePath = zooKeeper.create(lockPath + "/lock_", null, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
List<String> children = zooKeeper.getChildren(lockPath, false);
SortedSet<String> sortedSet = new TreeSet<>(children);
String minNode = sortedSet.first();
if (currentNodePath.endsWith(minNode)) {
return true;
}
String previousNode = sortedSet.headSet(currentNodePath).last();
zooKeeper.exists(previousNode, new LockWatcher());
} catch (KeeperException | InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return false;
}
public void releaseLock() {
try {
zooKeeper.delete(currentNodePath, -1);
} catch (KeeperException | InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
private class LockWatcher implements Watcher {
@Override
public void process(WatchedEvent event) {
if (event.getType() == Event.EventType.NodeDeleted && event.getPath().equals(lockPath)) {
if (acquireLock()) {
synchronized (this) {
notifyAll();
}
}
}
}
}
}
总结
通过本文，我们了解了Java Redis分布式锁的概念以及五种不同的演进方案。这五种方案从青铜到钻石依次递进，每一种方案都有其特点和适用场景。
- 青铜方案是最简单的方案，使用单实例Redis的setnx指令实现分布式锁。虽然简单易懂，但有风险：如果获取锁的客户端异常退出，锁将永远不会被释放。
-
白银方案在青铜方案的基础上，增加了续租线程，可以自动续订锁的过期时间。这样即使锁的持有者异常退出，锁依然能在一定时间后自动释放。
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黄金方案使用Redisson这类第三方库来实现RedLock。RedLock通过Paxos算法在多个独立的Redis实例上实现分布式锁，保证了数据的一致性和顺序性。
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钻石方案则是使用ZooKeeper来实现分布式锁。ZooKeeper是一个高性能的分布式协调服务，通过临时顺序节点实现了分布式锁的获取和释放。
每种方案都有其适用的场景和权衡点。在选择方案时，需要根据具体的业务需求和系统架构进行权衡和选择。
希望本文对您理解Java Redis分布式锁的不同演进方案有所帮助，能够在实际应用中选择适合的方案，确保系统的稳定性和并发控制。感谢阅读！
参考资料：
1. Redis官方文档
2. Redisson官方网站
3. ZooKeeper官方文档