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分布式鎖是"線程同步"的延續

最近首度應用"分布式鎖"，現在想想，分布式鎖不是孤立的技能點，這其實就是跨主機的線程同步。

單機服務器可以通過共享某堆內存來標記上鎖/解鎖，線程同步說到底是建立在單機操作系統的用戶態/內核態對共享內存的訪問控制。

而分布式服務器不是在同一臺機器上：跨主機，因此需要將鎖標記存儲在所有機器進程都能看到的地方。

在開發很多業務場景會使用到鎖，例如庫存控制，抽獎等。

例如庫存只剩1個商品，有三個用戶同時打算購買，誰先購買庫存立即清零，不能讓其他二人也購買成功。

解讀分布式鎖

我們常說的線程安全、線程同步方案，包括此次的分布式鎖都是基于

“多線程/多進程對特定資源同時有更新操作”。

基本考量

1.分布式系統，一個鎖在同一時間只能被一個服務器獲取 (這是分布式鎖的基礎)

2.具備鎖失效機制，防止死鎖 (防止某些意外，鎖沒有得到釋放，別人也無法得到鎖)

Redis SET resource-name anystring NX EX max-lock-time

是一種最簡單的分布式鎖實現方案。

SET 命令支持多個參數：

• EX seconds-- 設置過期時間(s)
• NX -- 如果key不存在，則設置 ......

因為SET命令參數可以替代SETNX，SETEX，GETSET，這些命令在未來可能被廢棄。

上面的命令返回OK(或經過重試)，客戶端就獲取到這個鎖;

使用DEL命令解鎖;到達超時時間會自動釋放鎖。

在解鎖時，增加一些設計，讓系統更加健壯：

3.不要使用固定的String值作為鎖標記值，而是使用一個不易被猜中的隨機值， 業內稱為token

4.不使用DEL命令釋放鎖，而是發送script去移除key

第3、4點是為了解決 ：“鎖提前過期，客戶端A還沒有執行完，然后客戶端B獲取了鎖，這時客戶端A執行完了，會不會在刪鎖的時候把B的鎖給刪掉” -- 4是3技術上的推薦實現。

腳本如下：

if redis.call("get",KEYS1] ==ARGV[1]) 
then 
   return  redis.call("DEL",KEYS[1]) 
else 
  return 0 
end 

下面使用StackExchange.Redis 寫了基于以上考量的代碼示例：

/// <summary> 
/// Acquires the lock. 
/// </summary> 
/// <param name="key"></param> 
/// <param name="token">隨機值</param> 
/// <param name="expireSecond"></param> 
 /// <param name="waitLockSeconds">非阻塞鎖</param> 
static bool Lock(string key, string token,int expireSecond=10, double waitLockSeconds = 0) 
{ 
    var waitIntervalMs = 50; 
    bool isLock; 
             
    DateTime begin = DateTime.Now; 
    do 
    { 
         isLock = Connection.GetDatabase().StringSet(key, token, TimeSpan.FromSeconds(expireSecond), When.NotExists); 
         if (isLock) 
             return true; 
             //不等待鎖則返回 
             if (waitLockSeconds == 0) break; 
             //超過等待時間，則不再等待 
             if ((DateTime.Now - begin).TotalSeconds >= waitLockSeconds) break; 
             Thread.Sleep(waitIntervalMs); 
     } while (!isLock); 
     return false; 
 } 
        
/// <summary>   
/// Releases the lock.   
/// </summary>   
/// <returns><c>true</c>, if lock was released, <c>false</c> otherwise.</returns>   
/// <param name="key">Key.</param>   
/// <param name="value">value</param>   
static bool UnLock(string key, string value) 
{ 
    string lua_script = @"   
    if (redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1]) then   
         redis.call('DEL', KEYS[1])   
          return true   
          else   
          return false   
        end   
      "; 
     try 
     { 
          var res = Connection.GetDatabase().ScriptEvaluate(lua_script, 
                                                           new RedisKey[] { key }, 
                                                           new RedisValue[] { value }); 
            return (bool)res; 
      } 
     catch (Exception ex) 
     { 
          Console.WriteLine($"ReleaseLock lock fail...{ex.Message}"); 
          return false; 
     } 
} 
         
        private static Lazy<ConnectionMultiplexer> lazyConnection = new Lazy<ConnectionMultiplexer>(() => 
        { 
            ConfigurationOptions configuration = new ConfigurationOptions 
            { 
                AbortOnConnectFail = false, 
                ConnectTimeout = 5000, 
            }; 
            configuration.EndPoints.Add("10.100.219.9", 6379); 
            return ConnectionMultiplexer.Connect(configuration.ToString()); 
        });  
        public static ConnectionMultiplexer Connection => lazyConnection.Value; 

以上代碼新增了第五點考量：

5. 為避免無限制搶鎖，增加了非阻塞鎖：輪詢_s等待鎖，未等到則不再搶鎖

使用方式：

下面并行開啟三個任務，同時減少庫存：

static void Main(string[] args) 
{ 
     // 嘗試并行執行3個任務 
     Parallel.For(0, 3, x => 
     { 
           string token = $"loki:{x}"; 
           bool isLocked = Lock("loki", token, 5, 10); 
             
           if (isLocked) 
           { 
               Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks (with lock) at {DateTime.Now}."); 
               Thread.Sleep(1000); 
               Console.WriteLine($"{token} release lock {UnLock("loki", token)} at {DateTime.Now}. "); 
           } 
           else 
           { 
             Console.WriteLine($"{token} begin reduce stocks at {DateTime.Now}."); 
           } 
       }); 
} 

可以看到三個并行任務依次獲取/釋放鎖

輸出總結

本文從基礎的線程安全、線程同步，認識到分布式鎖是跨主機的資源線程/進程同步方案， 以步步為營的風格 演示了RedisSET命令做分布式鎖的設計考量，好記性不如爛筆頭。