Golang实现Redis分布式锁（Lua脚本+可重入+自动续期）

Golang实现Redis分布式锁（Lua脚本+可重入+自动续期）

1 概念

应用场景

Golang自带的Lock锁单机版OK（存储在程序的内存中），分布式不行
分布式锁：

  • 简单版：redis setnx=》加锁设置过期时间需要保证原子性=》lua脚本
  • 完整版：redis Lua脚本+实现可重入+自动续期=》hset结构

应用场景：

  1. 防止用户重复下单，锁住用户id
  2. 防止商品超卖问题
  3. 锁住账户，防止并发操作

例如：我本地启两个端口跑两个相同服务，然后通过Nginx反向代理分别将请求均衡打到两个服务（模拟分布式微服务），最后通过Jmeter模拟高并发场景。同时我在代码里添加上lock锁。

  • 可以看到还是有消费到相同数据，出现超卖现象，这是因为lock锁是在go程序的内存，只能锁住当前程序。如果是分布式的话，就需要涉及分布式锁。
    在这里插入图片描述

注意📢：本地通过Mac+Jmeter+Iris+Nginx模拟分布式场景详情可见：https://blog.csdn.net/weixin_45565886/article/details/136635997

package main

import (
	"context"
	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"github.com/kataras/iris/v12"
	context2 "github.com/kataras/iris/v12/context"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/constant"
	service2 "myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/other_svc/service"
	"sync"
)

func main() {
	constant.RedisCli = redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr: "localhost:6379",
		DB:   0,
	})
	_, err := constant.RedisCli.Set(context.TODO(), constant.AppleKey, 500, -1).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		panic(err)
	}
	app := iris.New()
	xLock2 := new(sync.Mutex)
	app.Get("/consume", func(c *context2.Context) {
		xLock2.Lock()
		defer xLock2.Unlock()
		service2.GoodsService2.Consume()
		c.JSON("ok port:9999")
	})
	app.Listen(":9999", nil)
}

分布式锁必备特性

分布式锁需要具备的特性：

  1. 独占性(排他性)：任何时刻有且仅有一个线程持有
  2. 高可用：redis集群情况下，不能因为某个节点挂了而出现获取锁失败和释放锁失败的情况
  3. 防死锁：杜绝死锁，必须有超时控制机制或撤销操作 Expire key
  4. 不乱抢：防止乱抢。（自己只能unlock自己的锁）lua脚本保证原子性，且只删除自己的锁
  5. 重入性：同一个节点的同一个线程如果获得锁之后，它也可以再次获取这个锁
    • setnx只能解决有无分布式锁
    • hset 解决可重入问题，记录加锁次数： hset zyRedisLock uuid:threadID 3

2 思路分析

宕机与过期

如果加锁成功之后，某个Redis节点宕机，该锁一直得不到释放，就会导致其他Redis节点加锁失败。

  • 加锁时需要设置过期时间
//通过lua脚本保证加锁与设置过期时间的原子性

func (r *RedisLock) TryLock() bool {
	//通过lua脚本加锁[hincrby如果key不存在，则会主动创建,如果存在则会给count数加1，表示又重入一次]
	lockCmd := "if redis.call('exists', KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
		"then " +
		"   redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], 1) " +
		"   redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
		"   return 1 " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"
	result, err := r.redisCli.Eval(context.TODO(), lockCmd, []string{r.key}, r.Id, r.expire).Result()
	if err != nil {
		log.Errorf("tryLock %s %v", r.key, err)
		return false
	}
	i := result.(int64)
	if i == 1 {
		//获取锁成功&自动续期
		go r.reNewExpire()
		return true
	}
	return false
}

防止误删key

锁过期时间设置30s，业务逻辑假如要跑40s。30s后锁自动过期释放了，其他线程加锁了。再过10s后业务逻辑走完了，去释放锁，就会出现把其他人的锁删除。【张冠李戴】

  • 设置key时，可带上线程id和uuid（我这里以uuid演示）。删除key之前，要判断是否是自己的锁。如果是则unlock释放，不是就return走。
func (r *RedisLock) Unlock() {
	//通过lua脚本删除锁
	//1. 查看锁是否存在，如果不存在，直接返回
	//2. 如果存在，对锁进行hincrby -1操作,当减到0时，表明已经unlock完成，可以删除key
	delCmd := "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0 " +
		"then " +
		"   return nil " +
		"elseif redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1) == 0 " +
		"then " +
		"   return redis.call('del', KEYS[1]) " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"
	resp, err := r.redisCli.Eval(context.TODO(), delCmd, []string{r.key}, r.Id).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		log.Errorf("unlock %s %v", r.key, err)
	}
	if resp == nil {
		fmt.Println("delKey=", resp)
		return
	}
}

Lua保证原子性

加锁与设置过期时间需要保证原子性。否则如果加锁成功后，还没来得及设置过期时间，Redis节点挂掉了，就又会出现其他节点一直获取不到锁的问题。

  • Lua脚本保证原子性
//lock 加锁&设置过期时间
"if redis.call('exists', KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
		"then " +
		"   redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], 1) " +
		"   redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
		"   return 1 " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"

//unlock解锁
	delCmd := "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0 " +
		"then " +
		"   return nil " +
		"elseif redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1) == 0 " +
		"then " +
		"   return redis.call('del', KEYS[1]) " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"

//自动续期
renewCmd := "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
		"then " +
		"   return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"

可重入锁

存在一部分业务，方法里还需要继续加锁。需要实现锁的可重入，记录加锁的次数。Lock几次，就unLock几次。

  • map[string]map[string]int =>可通过Redis hset结构实现
# yiRedisLock ：redis的key
# fas421424safsfa:1 ：uuid+线程号
# 5 ：加锁次数（重入次数）
hset yiRedisLock fas421424safsfa:1 5

//通过hset&hincrby 保证可重入（记录加锁次数）
lockCmd := "if redis.call('exists', KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
		"then " +
		"   redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], 1) " +
		"   redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
		"   return 1 " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"

delCmd := "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0 " +
		"then " +
		"   return nil " +
		"elseif redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1) == 0 " +
		"then " +
		"   return redis.call('del', KEYS[1]) " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"

自动续期

相同业务耗时可能因为网络等问题而有所变化。例如：我们设置分布式锁超时时间为20s，但是业务因为网络问题某次耗时达到了30s，这时锁就会被超时释放，其他线程就能获取到锁。存在业务风险。

  • 加锁成功之后设置自动续期，启一个timer定时任务，比如每10s检测一下锁有没有被释放，如果没有，就自动续期。
// 判断锁是否存在，如果存在（表明业务还未完成），重新设置过期时间（自动续期）
renewCmd := "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
		"then " +
		"   return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
		"else " +
		"   return 0 " +
		"end"

3 代码

3.1 项目结构解析

在这里插入图片描述

  • constant模块：定义分布式锁名称、业务Key（用于模拟扣减数据库）
  • lock模块：核心模块，实现分布式锁
    • Lock
    • TryLock
    • UnLock
    • NewRedisLock
  • other_svc：在其他端口启另外一个服务，用于本地模拟分布式
  • service：业务类，扣减商品数量（其中的扣减操作涉及分布式锁）
  • main：提供iris web服务

3.2 全部代码

注：：other_svc这里不提供，与分布式锁实现无太大关系。同时为了快速演示效果，部分项目结构与代码不规范。

感兴趣的朋友，可以上Github查看全部代码。

  • Github：https://github.com/ziyifast/ziyifast-code_instruction/tree/main/redis_demo/distributed_lock
  • 现象：
    在这里插入图片描述
constant/const.go
package constant

import "github.com/go-redis/redis/v8"

var (
	BizKey   = "XXOO"
	AppleKey = "apple"
	RedisCli *redis.Client
)
lock/redis_lock.go
package service

import (
	"context"
	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"github.com/ziyifast/log"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/constant"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/lock"
	"strconv"
)

type goodsService struct {
}

var GoodsService = new(goodsService)

func (g *goodsService) Consume() {
	redisLock := lock.NewRedisLock(constant.RedisCli, constant.BizKey)
	redisLock.Lock()
	defer redisLock.Unlock()
	//consume goods
	result, err := constant.RedisCli.Get(context.TODO(), constant.AppleKey).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		panic(err)
	}
	i, err := strconv.ParseInt(result, 10, 64)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	if i < 0 {
		log.Infof("no more apple...")
		return
	}
	_, err = constant.RedisCli.Set(context.TODO(), constant.AppleKey, i-1, -1).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		panic(err)
	}
	log.Infof("consume success...appleID:%d", i)
}
service/goods_service.go
package service

import (
	"context"
	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"github.com/ziyifast/log"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/constant"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/lock"
	"strconv"
)

type goodsService struct {
}

var GoodsService = new(goodsService)

func (g *goodsService) Consume() {
	redisLock := lock.NewRedisLock(constant.RedisCli, constant.BizKey)
	redisLock.Lock()
	defer redisLock.Unlock()
	//consume goods
	result, err := constant.RedisCli.Get(context.TODO(), constant.AppleKey).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		panic(err)
	}
	i, err := strconv.ParseInt(result, 10, 64)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	if i < 0 {
		log.Infof("no more apple...")
		return
	}
	_, err = constant.RedisCli.Set(context.TODO(), constant.AppleKey, i-1, -1).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		panic(err)
	}
	log.Infof("consume success...appleID:%d", i)
}
main.go
package main

import (
	"context"
	"github.com/go-redis/redis/v8"
	"github.com/kataras/iris/v12"
	context2 "github.com/kataras/iris/v12/context"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/constant"
	"myTest/demo_home/redis_demo/distributed_lock/service"
)

func main() {
	constant.RedisCli = redis.NewClient(&redis.Options{
		Addr: "localhost:6379",
		DB:   0,
	})
	_, err := constant.RedisCli.Set(context.TODO(), constant.AppleKey, 500, -1).Result()
	if err != nil && err != redis.Nil {
		panic(err)
	}
	app := iris.New()
	//xLock := new(sync.Mutex)
	app.Get("/consume", func(c *context2.Context) {
		//xLock.Lock()
		//defer xLock.Unlock()
		service.GoodsService.Consume()

		c.JSON("ok port:8888")
	})
	app.Listen(":8888", nil)
}

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