设计高并发场景下的Redis分布式锁，解决锁续期与锁释放问题 -

题目

设计高并发场景下的Redis分布式锁，解决锁续期与锁释放问题

信息

类型：问答
难度：⭐⭐⭐

考点

分布式锁原理,Redis原子操作,锁续期（Watchdog）,锁释放的安全性,高并发场景设计

快速回答

实现安全可靠的Redis分布式锁需要解决三个核心问题：

原子加锁：使用SET命令的NX和PX选项确保原子性
锁续期：通过后台线程（Watchdog）定期延长锁过期时间
安全释放：使用Lua脚本验证锁归属后再释放

典型实现方案：Redisson的RLock，包含锁续期机制和释放保护。

解析

1. 核心问题与解决思路

分布式锁三大挑战：

原子性获取锁：避免多个客户端同时获得锁
锁续期（Watchdog）：防止业务执行超时导致锁自动释放
安全释放：确保只有锁持有者能释放锁

2. 基础实现方案

原子加锁（Redis命令）：

SET lock_key $unique_id NX PX 30000

NX：仅当key不存在时设置
PX 30000：设置30秒过期时间
$unique_id：客户端唯一标识（如UUID）

安全释放锁（Lua脚本）：

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

3. 锁续期（Watchdog）设计

必要性：业务执行时间可能超过锁的初始过期时间

实现方案：

获取锁成功后启动守护线程
每10秒（建议为过期时间的1/3）检查锁是否仍持有

通过Lua脚本延长锁过期时间：

if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("pexpire", KEYS[1], ARGV[2])
else
    return 0
end

业务完成时停止续期并释放锁

4. 完整流程示例（Java伪代码）

// 加锁
String lockKey = "order_lock";
String clientId = UUID.randomUUID().toString();
boolean locked = redis.set(lockKey, clientId, "NX", "PX", 30000);

if (locked) {
    // 启动Watchdog线程
    Thread watchdog = new Thread(() -> {
        while (!Thread.interrupted()) {
            // 每10秒续期一次
            redis.eval(续期Lua脚本, lockKey, clientId, 30000);
            sleep(10000);
        }
    });
    watchdog.start();

    try {
        // 执行业务逻辑
        processBusiness();
    } finally {
        // 停止续期并释放锁
        watchdog.interrupt();
        redis.eval(释放锁Lua脚本, lockKey, clientId);
    }
}

5. 最佳实践与注意事项

唯一客户端标识：必须使用全局唯一ID（如UUID+线程ID）
过期时间设置：初始时间需大于业务平均处理时间，建议设置超时阈值
网络分区处理：Redis集群故障时可能产生脑裂，需配合Redlock等算法
避免GC停顿：JVM Full GC可能导致Watchdog线程暂停，需监控GC状态
推荐方案：优先使用成熟库（如Redisson的RLock）

6. 常见错误

错误1：使用SETNX+EXPIRE非原子操作（可能死锁）
错误2：未验证锁归属直接删除（可能释放他人锁）
错误3：未处理锁续期导致业务中途锁失效
错误4：未设置超时时间（服务崩溃时永久死锁）

7. 扩展知识

Redlock算法：多Redis实例的分布式锁协议，解决单点故障问题
锁等待队列：通过Redis的List或ZSET实现获取锁排队
锁重入：同一线程多次加锁需维护计数器（Redisson已实现）
异步复制风险：主从切换可能导致锁丢失，需开启WAIT命令