基于Redis实现分布式锁及其锁续期方案

题目

基于Redis实现分布式锁及其锁续期方案

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,死锁预防

快速回答

实现Redis分布式锁的核心要点：

• 使用SET命令的NX和PX参数保证原子性：SET lock_key unique_value NX PX 30000
• 通过唯一值（如UUID）验证锁持有者，避免误删
• 锁续期方案：
  • 启动后台线程定期延长锁过期时间
  • 使用Redisson的watchdog机制自动续期
• 释放锁时使用Lua脚本保证原子操作：

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

1. 分布式锁核心原理

在分布式系统中协调多节点对共享资源的访问，需满足：

• 互斥性：同一时刻只有一个客户端持有锁
• 防死锁：持有锁的客户端崩溃后锁能自动释放
• 容错性：Redis节点故障时仍能正常工作（需集群方案）

2. Redis实现方案

加锁操作（原子命令）：

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

• NX：仅当key不存在时设置
• PX 30000：设置30秒过期时间
• my_random_value：全局唯一ID（如UUID），用于安全释放锁

释放锁（Lua脚本保证原子性）：

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

3. 锁续期机制（Watchdog）

问题：业务操作超时导致锁提前释放

解决方案：

• 后台守护线程：

  // 伪代码示例
  void renewLock() {
      while (lockHeld) {
          if (redis.get(lockKey) == myId) {
              redis.expire(lockKey, 30); // 续期30秒
          }
          sleep(10); // 每10秒检查一次
      }
  }

• Redisson框架实现：
  • 客户端加锁成功后启动watchdog线程
  • 默认每10秒续期一次（续期时间=锁超时时间/3）
  • 客户端主动释放锁时停止续期线程

4. 最佳实践

• 锁命名规范：使用业务相关前缀（如order_lock:{orderId}）
• 超时时间设置：根据业务峰值耗时设置，建议比平均耗时长20%-50%
• 集群部署：使用RedLock算法（多主节点部署）增强可靠性
• 框架选择：优先使用Redisson等成熟框架，避免重复造轮子

5. 常见错误

• 误删其他客户端锁：未验证随机值直接删除
• 未设置超时：客户端崩溃导致死锁
• 单点故障：使用单Redis实例未考虑高可用
• 锁续期失败：未处理网络波动导致续期命令丢失

6. 扩展知识

• RedLock算法：在N个独立Redis节点上尝试获取锁（N通常为奇数）
• ZooKeeper对比：基于临时顺序节点实现，强一致性但性能低于Redis
• 锁粒度优化：细粒度锁（如订单ID级）比粗粒度锁（整个服务级）并发度高
• 锁重入问题：同一线程多次获取锁需特殊处理（Redisson支持可重入锁）