redis分布式锁原理面试(数据库索引用的什么数据结构)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

业务背景:
后台定时任务刷新Redis的数据到数据库中，有多台机器开启了此定时同步的任务，但是需要其中一台工作，其他的作为备用，提高可用性。使用Redis分布式锁进行限制，拿到锁的机器去执行具体业务，拿不到锁的继续轮询。

分布式锁原理
分布式锁：当多个进程不在同一个系统中，多个进程共同竞争同一个资源，用分布式锁控制多个进程对资源的互斥访问。采用Redis服务器存储锁信息（即SET一个Key表示已加锁），可以实现多进程的并发读锁的状态，如果没有锁，则只允许一个进程加锁。

Redis分布式锁实现的关键点：

实现方案
方案一：采用Redis的原子性命令“SET key value EX expire-time NX”可以实现分布式锁的基本功能，其中的NX（Not Exist）即判断是否已存在锁，如果不存在key则可进行操作，SET key value 等同于加锁，EX expire-time即设置超时时间，可以避免死锁，但是超时时间的设置需要根据具体业务设置一个合理的经验值，避免锁超时时间到了，业务没执行完的问题。

方案二：采用Lua脚本实现，Redis会将整个脚本作为一个整体执行，因此Lua脚本可以实现原子性操作。相较于方案一，此处增加了心跳线程，不断更新锁超时时间，解决锁超时时间设置不合理的问题；生成UUID（或者是随机数字符串）作为锁的值，用于保证锁与Client的一一对应；采用轮询来实现断线自动重连。

实现方案1：SET EX NX
加锁流程图：

定义锁的变量名为lock，那么对应Redis命令：
判断是否加锁的命令：GET lock
加锁的命令：SET lock
设置超时时间的命令：EXPIRE expire-time
三条命令分开执行是不具有原子性的，比如可能会出现一个进程执行GET lock得到的结果为nil即尚未加锁，在其执行SET lock前另一个进程也执行了SET lock，导致两个进程都认为是可以加锁的，失去互斥性。
因此判断尚未加锁、加锁、设置超时时间必须原子操作，使用Redis的命令“SET key value EX expire-time NX”可以实现该原子操作。

package main

import (
 "fmt"
 "time"
 "github.com/gomodule/redigo/redis"
)

func main() { 
   
    rds, err := redis.Dial("tcp", "127.0.0.1:6379")
    if err != nil { 
   
        fmt.Println("Connect to redis error", err)
        return
    }   
    defer rds.Close()
    
    for true { 
   
    	//检查是否有所与加锁必须是原子性操作
        result, err := rds.Do("SET", "lock", 1, "EX", 5, "NX")	
        if err != nil { 
   
            fmt.Println("redis set error.", err)
            return
        }
        result, err = redis.String(result, err)
        // 加锁失败，继续轮询
		if result != "OK" { 
   
            fmt.Println("SET lock failed.")
            time.Sleep(5 * time.Second)
            continue
        }
		// 加锁成功
        fmt.Println("work begining...")
        // 此处处理业务
        fmt.Println("work end");
        // 业务处理结束后释放锁
        result, err := rds.Do("del", "lock")
        break;
    }
}

此方法弊端是对超时时间的设置有要求，需要根据具体业务设置一个合理的经验值，避免锁超时时间到了，业务没执行完的问题。

实现方案2：Lua脚本

package main
import (
"fmt"
"time"
"github.com/satori/go.uuid"
"github.com/gomodule/redigo/redis"
)
var uuidClient uuid.UUID
const (
SCRIPT_LOCK = ` local res=redis.call('GET', KEYS[1]) if res then return 0 else redis.call('SET',KEYS[1],ARGV[1]); redis.call('EXPIRE',KEYS[1],ARGV[2]) return 1 end `   
SCRIPT_EXPIRE = ` local res=redis.call('GET', KEYS[1]) if not res then return -1 end if res==ARGV[1] then redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2]) return 1 else return 0 end `   
SCRIPT_DEL = ` local res=redis.call('GET', KEYS[1]) if not res then return -1 end if res==ARGV[1] then redis.call('DEL', KEYS[1]) else return 0 end `   
)
func ResetExpire() { 

fmt.Println("Reset expire begin...")
rds, err := redis.Dial("tcp", "127.0.0.1:6379")
if err != nil { 

fmt.Println("Connect to redis server error.", err)
return
}
for true { 

luaExpire := redis.NewScript(1, SCRIPT_EXPIRE)
result, err := redis.Int(luaExpire.Do(rds, "lock", uuidClient.String(), 5))
if err != nil { 

fmt.Println("luaExpire exec error", err)
break
}
if result != 1 { 

fmt.Println("Reset expire failed.")
break
} else { 

fmt.Println("Reset expire succeed.")
}
time.Sleep(3 * time.Second)
}
fmt.Println("Reset expire end.")
}
func main() { 

for true { 

rds, err := redis.Dial("tcp", "127.0.0.1:6379")
if err != nil { 

fmt.Println("Connect to redis server error.", err)
time.Sleep(5 * time.Second)
continue
}
defer rds.Close()
// 生成UUID标识锁与Client的对应关系
uuidClient,err = uuid.NewV4()	//也可以生成随机数字符串来代替
if err != nil { 

fmt.Println("New uuid error.", err)
return
}
luaLock := redis.NewScript(1, SCRIPT_LOCK)
luaDel:= redis.NewScript(1, SCRIPT_DEL)
for true { 

result, err := redis.Int(luaLock.Do(rds, "lock", uuidClient.String(), 5))
if err != nil { 

fmt.Println("luaLock exec error.", err)
break
}
if result == 0 { 

fmt.Println("Set lock failed.")
time.Sleep(5 * time.Second)
continue
}
fmt.Println("Set lock succeed.")
go ResetExpire()
// 加锁成功
fmt.Println("work begining...")
// 此处处理业务
fmt.Println("work end");
// 业务处理结束后释放锁
result, err = redis.Int(luaDel.Do(rds, "lock", uuidClient.String()))
return
}
}
}

Redis采用Lua脚本可以执行更多的个性化的原子操作，在我项目中就采用这种容错性更高的方式。