如何基于Redis实现高可用的分布式锁并解决锁失效问题？

题目

如何基于Redis实现高可用的分布式锁并解决锁失效问题？

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

分布式锁原理,Redis实现方案,锁续期机制,高可用设计,原子性操作

快速回答

实现高可用Redis分布式锁的核心要点：

• 使用SET key random_value NX PX 30000原子命令加锁
• 通过Lua脚本保证解锁操作的原子性
• 引入看门狗线程自动续期锁过期时间
• 使用Redlock算法应对Redis主从故障场景
• 设置唯一随机值防止误删其他客户端锁

一、核心原理

分布式锁需满足：互斥性、防死锁、容错性。Redis实现依赖：

• SET NX PX：原子性设置键值+过期时间
• Lua脚本：保证解锁操作的原子性
• Redlock：在多个Redis实例上获取锁解决单点故障

二、代码实现示例

1. 加锁实现

public boolean tryLock(Jedis jedis, String lockKey, String clientId, int expireTime) {
    String result = jedis.set(lockKey, clientId, "NX", "PX", expireTime);
    return "OK".equals(result);
}

2. 解锁实现（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（看门狗）

// 后台线程定期续期
ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    if (jedis.get(lockKey).equals(clientId)) {
        jedis.pexpire(lockKey, expireTime); // 重置过期时间
    }
}, 0, expireTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS); // 1/3周期续期

三、最佳实践

• 唯一客户端ID：使用UUID等随机值，避免误删其他客户端锁
• 锁续期周期：设置续期间隔 ≤ 过期时间的1/3
• 超时控制：加锁操作设置网络超时时间
• Redlock使用场景：在5个独立Redis主节点上获取锁，当≥3个成功时视为加锁成功

四、常见错误

• 错误1：解锁时未校验客户端ID → 导致误删其他客户端锁
• 错误2：未设置锁超时 → 客户端崩溃导致死锁
• 错误3：业务执行时间超过锁过期时间 → 锁提前释放
• 错误4：单点Redis故障时未启用Redlock → 锁状态不一致

五、扩展知识

• Redlock算法流程：
  1. 获取当前毫秒级时间戳T1
  2. 在N个实例上顺序执行加锁命令
  3. 计算加锁总耗时 = T2 - T1
  4. 当成功数≥N/2+1 且 耗时 < 锁有效时间时加锁成功
• 其他方案对比：
  • Zookeeper：通过临时顺序节点实现，强一致性但性能较低
  • etcd：基于Raft协议，适合CP场景
• 锁粒度优化：对非冲突资源使用细粒度锁提升并发度