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Redisson分布式锁（二）：Redisson分布式锁源码分析
2021-01-10 22:28:12

一、实现分布式锁的要求

  • 确保互斥：在同一时刻，必须保证锁至多只能被一个客户端持有。
  • 不能死锁：在一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁情况下，也能保证后续其他客户端能加锁。
  • 避免活锁：在获取锁失败的情况下，反复进行重试操作，占用Cpu资源，影响性能。
  • 实现更多锁特性：锁中断、锁重入、锁超时等。
  • 确保客户端只能解锁自己持有的锁。

二、redission加锁、锁等待、解锁

1、加锁

  1. <T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
  2.     internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
  4.     return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, command,
  5.         "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
  6.             "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
  7.             "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
  8.             "return nil; " +
  9.         "end; " +
  10.         "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
  11.             "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
  12.             "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
  13.             "return nil; " +
  14.         "end; " +
  15.         "return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
  16.         Collections.<Object>singletonList(getName()), internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
  17. }

KEYS[1]为getName()；
ARGV[1]为internalLockLeaseTime；
ARGV[2]为getLockName(threadId)。

org.redisson.RedissonLock类tryLockInnerAsync通过eval命令执行Lua代码完成加锁操作。KEYS[1]为锁在redis中的key，key对应value为map结构，ARGV[1]为锁超时时间，ARGV[2]为锁value中的key。ARGV[2]由UUID+threadId组成，用来标记锁被谁持有。

(1) 第一个If判断key是否存在，不存在完成加锁操作

  • redis.call(‘hset’, KEYS[1], ARGV[2], 1);创建key[1] map中添加key：ARGV[2] ，value：1
  • redis.call(‘pexpire’, KEYS[1], ARGV[1]);设置key[1]过期时间，避免发生死锁。

eval命令执行Lua代码的时候，Lua代码将被当成一个命令去执行，并且直到eval命令执行完成，Redis才会执行其他命令。可避免第一条命令执行成功第二条命令执行失败导致死锁。

(2)第二个if判断key存在且当前线程已经持有锁, 重入:

  • redis.call(‘hexists’, KEYS[1],ARGV[2])；判断redis中锁的标记值是否与当前请求的标记值相同，相同代表该线程已经获取锁。
  • redis.call(‘hincrby’, KEYS[1], ARGV[2],1);记录同一线程持有锁之后累计加锁次数实现锁重入。

(3)最后的return表示key存在被其他线程获取的锁, 等待:

  • redis.call(‘pexpire’, KEYS[1], ARGV[1]); 重制锁超时时间。

2、锁等待

  1. @Override
  2. public void lockInterruptibly(long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
  3.     long threadId = Thread.currentThread().getId();
  4.     //步骤1、这里调用加锁操作，若没有返回null表名有其它线程占用锁，获得锁超时时间，执行锁等待逻辑
  5.     Long ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
  6.     // lock acquired
  7.     if (ttl == null) {
  8.         return;
  9.     }
  10.     //步骤2、步骤一中加锁操作失败，订阅消息，利用redis的pubsub提供一个通知机制来减少不断的重试，避免发生活锁。
  11.     RFuture<RedissonLockEntry> future = subscribe(threadId);
  12.     commandExecutor.syncSubscription(future);
  14.     try {
  15.         while (true) {
  16.             ttl = tryAcquire(leaseTime, unit, threadId);
  17.             // lock acquired
  18.             if (ttl == null) {
  19.                 break;
  20.             }
  21.             //步骤3、getLath()获取RedissionLockEntry实例latch变量，由于permits为0，所以调用acquire()方法后线程阻塞。
  22.             // waiting for message
  23.             if (ttl >= 0) {
  24.                 getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
  25.             } else {
  26.                 getEntry(threadId).getLatch().acquire();
  27.             }
  29.         }
  30.     } finally {
  31.         unsubscribe(future, threadId);
  32.     }
  33. //  get(lockAsync(leaseTime, unit));
  34. }

其实很多这种循环阻塞的逻辑都不会使用空轮询，如果用空轮询的话太耗费CPU的性能，比如我们有定时去查询数据表中是否有数据，会使用while无线循环，但是配合Thread.sleep来防止空轮询，还有的会借助java的阻塞队列来防止空轮询，这里猜测阻塞队列是借助操作系统内核的中断来唤醒的，这个具体得去研究系统底层实现，这里就不多说，而redisssion是通过消息订阅来阻塞的，也防止了空轮询。总之，尽量避免使用空轮询。

3、解锁

  1. protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
  2.     return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
  3.         "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
  4.             "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
  5.             "return 1; " +
  6.         "end;" +
  7.         "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
  8.             "return nil;" +
  9.         "end; " +
  10.         "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
  11.         "if (counter > 0) then " +
  12.             "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
  13.             "return 0; " +
  14.         "else " +
  15.             "redis.call('del', KEYS[1]); " +
  16.             "redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]); " +
  17.             "return 1; "+
  18.         "end; " +
  19.         "return nil;",
  20.         Arrays.<Object>asList(getName(), getChannelName()), LockPubSub.unlockMessage, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId));
  22. }

KEYS[1]为getName()；
KEYS[2]为getChannelName()；
ARGV[1]为LockPubSub.unlockMessage；
ARGV[2]为internalLockLeaseTime；
ARGV[3]为getLockName(threadId)；

  • （1）第一个if判断锁对应key是否存在，不存在则publish消息，将获取锁被阻塞的线程恢复重新获取锁；
  • （2）第二个if判断锁对应key存在，value中是否存在当前要释放锁的标示，不存在返回nil，确保锁只能被持有的线程释放。
  • （3）对应key存在，value中存在当前要释放锁的标示，将锁标示对应值-1，第三个if判断锁标示对应的值是否大于0，大于0，表示有锁重入情况发生，重新设置锁过期时间。
  • （4）对应key存在，value中存在当前要释放锁的标示，将锁标示对应值-1后等于0，调用del操作释放锁，并publish消息，将获取锁被阻塞的线程恢复重新获取锁；

订阅者将会收到如下消息。

  1. public class LockPubSub extends PublishSubscribe<RedissonLockEntry> {
  2.     ...
  3.     @Override
  4.     protected void onMessage(RedissonLockEntry value, Long message) {
  5.         if (message.equals(unlockMessage)) {
  6.             Runnable runnableToExecute = value.getListeners().poll();
  7.             if (runnableToExecute != null) {
  8.                 runnableToExecute.run();
  9.             }
  11.             value.getLatch().release();
  12.         } else if (message.equals(readUnlockMessage)) {
  13.             while (true) {
  14.                 Runnable runnableToExecute = value.getListeners().poll();
  15.                 if (runnableToExecute == null) {
  16.                     break;
  17.                 }
  18.                 runnableToExecute.run();
  19.             }
  20.             //订阅者接收到publish消息后，执行release操作，调用acquire被阻塞的线程将继续执行获取锁操作。
  21.             value.getLatch().release(value.getLatch().getQueueLength());
  22.         }
  23.     }
  24.     ...
  25. }

这里就跟步骤2的所等待逻辑互相呼应了

  1. ...
  2. RFuture<RedissonLockEntry> future = subscribe(threadId);
  3. ...
  4. getEntry(threadId).getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);
  5. ...

4、watch dog自动延期机制

redisson默认超时时间是30s，假设我们的业务处理逻辑超过了30秒怎么办？redisson是这样实现的，当客户端
一获得锁，则会启动一个watch dog看门狗，他是一个后台线程，会每隔10秒检查一下，如果客户端1还持有锁key，那么就会不断的延长锁key的生存时间。

源码如下：



看门狗因为是新启动一个后台线程在运行，会对性能有一定的影响。

三、redisson实现分布式锁是否满足要求

1、确保互斥

要求：在同一时刻，必须保证锁至多只能被一个客户端持有。

redisson实现：redisson用lua脚本来保证原子操作，判断key是否存在，存在者锁等待，所以是满足于该要求的。

2、不能死锁

要求：在一个客户端在持有锁的期间崩溃而没有主动解锁情况下，也能保证后续其他客户端能加锁。

redisson实现：redisson对锁设置了超时时间，再客户端奔溃的情况下，超时后会自动被清除，所以不会死锁，满足要求。

3、避免活锁

要求：在获取锁失败的情况下，反复进行重试操作，占用Cpu资源，影响性能。
redisson实现：redisson通过消息订阅机制来防止空轮询，满足要求。

4、实现更多锁特性：锁中断、锁重入、锁超时等。

要求：确保客户端只能解锁自己持有的锁。
redisson实现：redisson通过map的结构来实现锁的重入，同一先线程进入只不过value+1，满足要求并且还有看门狗防止客户端还存在的情况下锁超时。

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