java并发（二十二）分布式锁

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Redis有一系列的命令，特点是以NX结尾，NX是Not eXists的缩写，如SETNX命令就应该理解为：SET if Not eXists。这系列的命令非常有用，这里讲使用SETNX来实现分布式锁。 

用SETNX实现分布式锁 
利用SETNX非常简单地实现分布式锁。例如：某客户端要获得一个名字foo的锁，客户端使用下面的命令进行获取： 
SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 

• 如返回1，则该客户端获得锁，把lock.foo的键值设置为时间值表示该键已被锁定，该客户端最后可以通过DEL lock.foo来释放该锁。
• 如返回0，表明该锁已被其他客户端取得，这时我们可以先返回或进行重试等对方完成或等待锁超时。

解决死锁 
上面的锁定逻辑有一个问题：如果一个持有锁的客户端失败或崩溃了不能释放锁，该怎么解决？我们可以通过锁的键对应的时间戳来判断这种情况是否发生了，如果当前的时间已经大于lock.foo的值，说明该锁已失效，可以被重新使用。 

发生这种情况时，可不能简单的通过DEL来删除锁，然后再SETNX一次，当多个客户端检测到锁超时后都会尝试去释放它，这里就可能出现一个竞态条件,让我们模拟一下这个场景： 

C0操作超时了，但它还持有着锁，C1和C2读取lock.foo检查时间戳，先后发现超时了。 
C1 发送DEL lock.foo 
C1 发送SETNX lock.foo 并且成功了。 
C2 发送DEL lock.foo 
C2 发送SETNX lock.foo 并且成功了。 
这样一来，C1，C2都拿到了锁！问题大了！ 

幸好这种问题是可以避免的，让我们来看看C3这个客户端是怎样做的： 

C3发送SETNX lock.foo 想要获得锁，由于C0还持有锁，所以Redis返回给C3一个0 
C3发送GET lock.foo 以检查锁是否超时了，如果没超时，则等待或重试。 
反之，如果已超时，C3通过下面的操作来尝试获得锁： 
GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 
通过GETSET，C3拿到的时间戳如果仍然是超时的，那就说明，C3如愿以偿拿到锁了。 
如果在C3之前，有个叫C4的客户端比C3快一步执行了上面的操作，那么C3拿到的时间戳是个未超时的值，这时，C3没有如期获得锁，需要再次等待或重试。留意一下，尽管C3没拿到锁，但它改写了C4设置的锁的超时值，不过这一点非常微小的误差带来的影响可以忽略不计。 

注意：为了让分布式锁的算法更稳键些，持有锁的客户端在解锁之前应该再检查一次自己的锁是否已经超时，再去做DEL操作，因为可能客户端因为某个耗时的操作而挂起，操作完的时候锁因为超时已经被别人获得，这时就不必解锁了。 

示例伪代码 
根据上面的代码，我写了一小段Fake代码来描述使用分布式锁的全过程： 
# get lock 
lock = 0 
while lock != 1: 
    timestamp = current Unix time + lock timeout + 1 
    lock = SETNX lock.foo timestamp 
    if lock == 1 or (now() > (GET lock.foo) and now() > (GETSET lock.foo timestamp)): 
        break; 
    else: 
        sleep(10ms) 

# do your job 
do_job() 

# release 
if now() < GET lock.foo: 
    DEL lock.foo 
是的，要想这段逻辑可以重用，使用python的你马上就想到了Decorator，而用Java的你是不是也想到了那谁？AOP + annotation？行，怎样舒服怎样用吧，别重复代码就行。 

java之jedis实现 
expireMsecs 锁持有超时，防止线程在入锁以后，无限的执行下去，让锁无法释放 
timeoutMsecs 锁等待超时，防止线程饥饿，永远没有入锁执行代码的机会 

Java代码  

1. /** 
2.  * Acquire lock. 
3.  *  
4.  * @param jedis 
5.  * @return true if lock is acquired, false acquire timeouted 
6.  * @throws InterruptedException 
7.  *             in case of thread interruption 
8.  */  
9. public synchronized boolean acquire(Jedis jedis) throws InterruptedException {  
10.     int timeout = timeoutMsecs;  
11.     while (timeout >= 0) {  
12.         long expires = System.currentTimeMillis() + expireMsecs + 1;  
13.         String expiresStr = String.valueOf(expires); //锁到期时间  
14.   
15.         if (jedis.setnx(lockKey, expiresStr) == 1) {  
16.             // lock acquired  
17.             locked = true;  
18.             return true;  
19.         }  
20.   
21.         String currentValueStr = jedis.get(lockKey); //redis里的时间  
22.         if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {  
23.             //判断是否为空，不为空的情况下，如果被其他线程设置了值，则第二个条件判断是过不去的  
24.             // lock is expired  
25.   
26.             String oldValueStr = jedis.getSet(lockKey, expiresStr);  
27.             //获取上一个锁到期时间，并设置现在的锁到期时间，  
28.             //只有一个线程才能获取上一个线上的设置时间，因为jedis.getSet是同步的  
29.             if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {  
30.                 //如过这个时候，多个线程恰好都到了这里，但是只有一个线程的设置值和当前值相同，他才有权利获取锁  
31.                 // lock acquired  
32.                 locked = true;  
33.                 return true;  
34.             }  
35.         }  
36.         timeout -= 100;  
37.         Thread.sleep(100);  
38.     }  
39.     return false;  
40. }  

一般用法 
其中很多繁琐的边缘代码 
包括：异常处理，释放资源等等 

Java代码  

1. JedisPool pool;  
2. JedisLock jedisLock = new JedisLock(pool.getResource(), lockKey, timeoutMsecs, expireMsecs);  
3. try {  
4.     if (jedisLock.acquire()) { // 启用锁  
5.         //执行业务逻辑  
6.     } else {  
7.         logger.info("The time wait for lock more than [{}] ms ", timeoutMsecs);  
8.     }  
9. } catch (Throwable t) {  
10.     // 分布式锁异常  
11.     logger.warn(t.getMessage(), t);  
12. } finally {  
13.     if (jedisLock != null) {  
14.         try {  
15.             jedisLock.release();// 则解锁  
16.         } catch (Exception e) {  
17.         }  
18.     }  
19.     if (jedis != null) {  
20.         try {  
21.             pool.returnResource(jedis);// 还到连接池里  
22.         } catch (Exception e) {  
23.         }  
24.     }  
25. }  

犀利用法 
用匿名类来实现，代码非常简洁 
至于SimpleLock的实现，请在我附件中下载查看 

Java代码  

1. SimpleLock lock = new SimpleLock(key);  
2. lock.wrap(new Runnable() {  
3.     @Override  
4.     public void run() {  
5.         //此处代码是锁上的  
6.     }  
7. });