Redis分布式锁：从“能用”到“好用”，中间差了多少细节？

redis分布式锁安全吗？

1、为什么需要分布式锁

　　与分布式锁对应的是【单机锁】，在写多线程时，避免同时操作一个共享变量产生数据问题，通常会使用一把锁来【互斥】，以确保共享变量的正确性，使用范围是在同一个进程中。

　　若有多个进程需要同时操作一个共享资源，怎么实现互斥呢？现在的业务应用通常是微服务架构，若多个进程需要修改mysql的同一行记录时，为了避免操作乱序导致数据错误，这里就要使用【分布式锁】来解决了。

　　这里的做法是要有一个外部系统，当两个请求来时只会给一个进程返回成功，另一个等待。这个外部系统可以用mysql、redis或zookeeper，为了追求更好的性能，我们这里通常使用redis或Zookeeper。

2、 分布式锁怎么实现

　　要实现【分布式锁】，就必须要有互斥的能力。我们可以使用SETNX命令，SET if Not eXists，若key不存在才会设置它的值。此时只有一个请求能成功获取锁，操作完成后还要及时释放锁。如何释放？——使用DEL命令删除这个key。

　　但有个很大的问题：1）程序处理业务逻辑异常，没及时释放锁；2）进程挂了，没机会释放锁。那么这个客户端就会一直占用这个锁，造成【死锁】。

3、如何避免死锁

　　在申请锁时给key设置一个过期时间。这样无论客户端是否异常，这个锁都可以在x秒后自动释放。但这样还是有问题，现在的加锁和设置过期是两条命令，没有原子执行，还是有可能发生【死锁】。　　

　　在redis2.6.12版本之后，扩展了SET命令的参数， SET lock 1 EX 10 NX，这样就可以同时加锁和设置过期时间了。

　　那如果存在以下问题：1）对锁过期时间评估不准，实际上不够。2）客户端在释放锁没有检查这把锁是否还归自己持有，所就会发生释放别人锁的操作！

4、锁被别人释放怎么办

　　客户端在加锁时，设置一个只有自己直到的【唯一标识】进去。例如可以是自己的线程ID，也可以是UUID（随机且唯一），这样在释放的时候就要先判断锁是否还归自己持有。这里释放锁用的是GET+DEL两条命令，又会有原子性问题。所以我们就可以引入Lua脚本，让redsi执行。因为redis处理每一个请求都是单线程的，在执行lua脚本时，其他请求必须等，直到lua被处理完成。

5、评估锁过期时间

　　加锁时，先设置一个过期时间，然后开启一个【守护线程】，定时去检测这个锁的失效时间，若锁快要过期了，共享资源还未完成，那么久自动对锁进行【续期】。

　　如果是Java技术栈，有一个库已经把这些工作封装好了：Redisson。它是一个基于Java实现的Redis SDK客户端，在使用分布式锁时，他就采用了自动续期的方案来避免锁过期，这个守护线程我们一般叫做看门狗线程。此外，这个库还封装了很多功能：1）可重入锁；2）乐观锁；3）公平锁；4）读写锁；5）redlock等。

　　以上分析的都是在【单redis实例下可能出现的】问题，没有涉及到redis的部署架构细节。而我们工作中通常会采用主从集群+哨兵的模式部署，那当发生【主从切换】时，这个分布式锁还安全吗？（场景：客户端1在主库上执行SET，加锁成功-->此时主库宕机，SET命令还未同步到从库上-->从库被哨兵提升为主库，这个锁在新的主库上丢失了！！

6、redlock真的安全吗

　　首先，redlock的方案基于两个前提：1）不再需要部署从库和哨兵实例，只部署主库；2）主库要部署多个，官方推荐至少5个实例。

　　也就是说，要使用redlock，至少需要部署5个redis实例，而且都是主库，他们之间没有任何关系，都是一个个孤立的实例。

　　整体流程：

• 客户端先获取【当前时间戳T1】
• 客户端以此向这5个redis实例发起加锁请求，且每个请求会设置超时时间若某个一个实例加锁失败，就立即向下一个redis实例申请加锁。
• 若客户端从>=3个以上redis实例加锁成功，则再次获取【当前时间戳T2】，若T2-T1 < 锁过期时间，此时认为客户端加锁成功，否则认为加锁失败。
• 加锁成功，去操作共享资源。
• 加锁失败，向全部节点发起释放锁的请求（lua）

　　1）为什么要在多个实例上加锁？——本质上是为了保障在部分实例宕机时，剩余的实例加锁成功，整个锁服务依旧可用。

　　2）为什么大多数加锁成功，才算成功？——多个redis实例一起来用，其实组成了一个分布式系统。在这里总会出现异常节点，所以我们需要考虑异常节点达到多少个也依旧不会影响整个系统的【正确性】。

　　3）为什么步骤3加锁成功后，还要计算加锁的累计耗时？——因为操作的是多个节点，耗时肯定比单个实例更久，且因为是网络请求，可能存在延迟、丢包等。所以即使大多数加锁成功，若枷锁的累计耗时以及超过了锁的【过期时间】，那此时有些实例上的锁已经失效了，这个锁就没意义了。

　　4）为什么释放锁，要操作所有节点？——在某一redis节点加锁时，可能因为网络原因导致加锁失败。在释放锁时，不管有没有加锁成功，都要释放所有节点的锁。

7、redlock存在问题

　　性能与复杂度高：需要向多个redis节点发起加锁请求，网络延迟和节点通信成本高于单节点锁，且需处理部分节点超时的重试逻辑。

　　时钟依赖风险：依赖各节点时钟大致同步，若某节点时钟跳变，可能导致幻读锁（已过期的锁被判定为有效）

　　资源占用大：需维护多节点集群，增加部署和运维成本，对中小型应用不够友好。

　　适用场景：分布式系统中，单节点redis锁可能因主从切换、网络分区失效，redlock通过多节点投票机制降低锁丢失风险。容忍一定性能损耗，可以接收多节点通信开销。

8、Zookeeper

　　是一个分布式协调服务，基于ZAB协议（原子广播协议）提供强一致性的分布式锁、配置管理、服务发现能力。其核心数据模型为树形结构，节点可存储少量数据，并支持监听机制。

　　核心功能：

• 分布式锁：通过创建临时顺序节点实现，客户端监听前序节点释放事件，避免惊群效应。
• 配置中心：将配置存储在ZNode，客户端监听节点变更，实时获取最新配置。

　　总之，强一致性协调服务，原生支持分布式锁和监听机制，适合对一致性要求高的分布式系统，但部署维护成本高于Redis。

 

参考：水滴与银弹