雲栖号快速入門： 【點選檢視更多雲産品快速入門】 不知道怎麼入門？這裡分分鐘解決新手入門等基礎問題，可快速完成産品配置操作！
分布式鎖是大型應用中最常見的功能之一，基于Redis實作分布式鎖的方式有很多。本章節先介紹并分析常見的分布式鎖實作方式，之後結合阿裡巴巴集團在使用雲資料庫Redis企業版和分布式鎖方面的業務經驗，介紹使用Redis企業版實作高性能分布式鎖的實踐方案。
分布式鎖及其應用場景
應用開發時，如果需要在同程序内的不同線程并發通路某項資源，可以使用各種互斥鎖、讀寫鎖；如果一台主機上的多個程序需要并發通路某項資源，則可以使用程序間同步的原語，例如信号量、管道、共享記憶體等。但如果多台主機需要同時通路某項資源，就需要使用一種在全局可見并具有互斥性的鎖了。這種鎖就是分布式鎖，可以在分布式場景中對資源加鎖，避免競争資源引起的邏輯錯誤。
分布式鎖的特性
-
互斥性
在任意時刻，隻有一個用戶端持有鎖。
-
不死鎖
分布式鎖本質上是一個基于租約（Lease）的租借鎖，如果用戶端獲得鎖後自身出現異常，鎖能夠在一段時間後自動釋放，資源不會被鎖死。
-
一緻性
硬體故障或網絡異常等外部問題，以及慢查詢、自身缺陷等内部因素都可能導緻Redis發生高可用切換，replica提升為新的master。此時，如果業務對互斥性的要求非常高，鎖需要在切換到新的master後保持原狀态。
使用原生Redis實作分布式鎖
-
加鎖
在Redis中加鎖非常簡便，直接使用SET指令即可。示例及關鍵選項說明如下：
SET resource_1 random_value NX EX 5 表 1. 關鍵選項說明
示例代碼為resource_1這個key設定了5秒的過期時間，如果用戶端不釋放這個key，5秒後key将過期，鎖就會被系統回收，此時其它用戶端就能夠再次為資源加鎖并通路資源了。
-
解鎖
解鎖一般使用DEL指令，但可能存在下列問題。
(1).t1時刻，App1設定了分布式鎖resource_1，過期時間為3秒。
(2).App1由于程式慢等原因等待超過了3秒，而resource_1已經在t2時刻被釋放。
(3).t3時刻，App2獲得這個分布式鎖。
(4).App1從等待中恢複，在t4時刻運作
将App2持有的分布式鎖釋放了。
從上述過程可以看出，一個用戶端設定的鎖，必須由自己解開。是以用戶端需要先使用GET指令确認鎖是不是自己設定的，然後再使用DEL解鎖。在Redis中通常需要用Lua腳本來實作自鎖自解：
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("del",KEYS[1])
else
return 0
end -
續租
當用戶端發現在鎖的租期内無法完成操作時，就需要延長鎖的持有時間，進行續租（renew）。同解鎖一樣，用戶端應該隻能續租自己持有的鎖。在Redis中可使用如下Lua腳本來實作續租：
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
return redis.call("expire",KEYS[1], ARGV[2])
else
return 0
end 使用Redis企業版實作分布式鎖
使用Redis企業版性能增強型執行個體的String增強指令，無需Lua即可實作分布式鎖。
- 加鎖方式與原生Redis相同，使用SET指令：
SET resource_1 random_value NX EX 5 - 直接使用Redis企業版的 CAD 指令即可實作優雅而高效的解鎖：
/* if (GET(resource_1) == my_random_value) DEL(resource_1) */
CAD resource_1 my_random_value - 續租可以直接使用 CAS 指令實作：
CAS resource_1 my_random_value my_random_value EX 10 基于Jedis的示例代碼
- 定義CAS/CAD指令
enum TairCommand implements ProtocolCommand {
CAD("CAD"), CAS("CAS");
private final byte[] raw;
TairCommand(String alt) {
raw = SafeEncoder.encode(alt);
}
@Override
public byte[] getRaw() {
return raw;
}
} public boolean acquireDistributedLock(Jedis jedis,String resourceKey, String randomValue, int expireTime) {
SetParams setParams = new SetParams();
setParams.nx().ex(expireTime);
String result = jedis.set(resourceKey,randomValue,setParams);
return "OK".equals(result);
} public boolean releaseDistributedLock(Jedis jedis,String resourceKey, String randomValue) {
jedis.getClient().sendCommand(TairCommand.CAD,resourceKey,randomValue);
Long ret = jedis.getClient().getIntegerReply();
return 1 == ret;
} public boolean renewDistributedLock(Jedis jedis,String resourceKey, String randomValue, int expireTime) {
jedis.getClient().sendCommand(TairCommand.CAS,resourceKey,randomValue,randomValue,"EX",String.valueOf(expireTime));
Long ret = jedis.getClient().getIntegerReply();
return 1 == ret;
} 如何保障一緻性
Redis的主從同步（replication）是異步進行的，如果向master發送請求修改了資料後master突然出現異常，發生高可用切換，緩沖區的資料可能無法同步到新的master（原replica）上，導緻資料不一緻。如果丢失的資料跟分布式鎖有關，則會導緻鎖的機制出現問題，進而引起業務異常。下文介紹三種保障一緻性的方法。
- 使用 紅鎖（RedLock） 紅鎖是Redis作者提出的一緻性解決方案。紅鎖的本質是一個機率問題：如果一個主從架構的Redis在高可用切換期間丢失鎖的機率是k%，那麼互相獨立的N個Redis同時丢失鎖的機率是多少？如果用紅鎖來實作分布式鎖，那麼丢鎖的機率是(1-k%)^N。鑒于Redis極高的穩定性，此時的機率已經完全能滿足産品的需求。
紅鎖的問題在于：
(1).加鎖和解鎖的延遲較大。
(2).難以在叢集版或者标準版（主從架構）的Redis執行個體中實作。
(3).占用的資源過多，為了實作紅鎖，需要建立多個互不相關的雲Redis執行個體或者自建Redis。
- WAIT
指令。
Redis的WAIT指令會阻塞目前用戶端，直到這條指令之前的所有寫入指令都成功從master同步到指定數量的replica，指令中可以設定機關為毫秒的等待逾時時間。在雲Redis版中使用WAIT指令提高分布式鎖一緻性的示例如下：
SET resource_1 random_value NX EX 5
WAIT 1 5000 使用以上代碼，用戶端在加鎖後會等待資料成功同步到replica才繼續進行其它操作，最大等待時間為5000毫秒。執行WAIT指令後如果傳回結果是1則表示同步成功，無需擔心資料不一緻。相比紅鎖，這種實作方法極大地降低了成本。
需要注意的是：
(1).WAIT隻會阻塞發送它的用戶端，不影響其它用戶端。
(2).WAIT傳回正确的值表示設定的鎖成功同步到了replica，但如果在正常傳回前發生高可用切換，資料還是可能丢失，此時WAIT隻能用來提示同步可能失敗，無法保證資料不丢失。您可以在WAIT傳回異常值後重新加鎖或者進行資料校驗。
(3).解鎖不一定需要使用WAIT，因為鎖隻要存在就能保持互斥，延遲删除不會導緻邏輯問題。
- 使用阿裡雲資料庫Redis企業版
在不考慮組合方案的情況下：
(1).使用紅鎖最大優勢是Redis節點越多則一緻性越強。
(2).使用WAIT指令最大優勢是實作成本低。
如果使用阿裡雲資料庫Redis企業版：
(1).其特有的高可用HA和資料持久化機制能夠有效保護資料安全、確定服務的穩定性，不使用多Redis節點或WAIT指令也能提供較高的一緻性。
(2).性能增強型執行個體的CAS/CAD指令可以極大降低分布式鎖的開發和管理成本，提升鎖的性能。
(3).性能增強型執行個體的
多線程性能增強特性使其能夠提供三倍于原生Redis的性能，即使是大并發的分布式鎖也不會影響正常的Redis服務。
本文來自 阿裡雲文檔中心
雲資料庫Redis 高性能分布式鎖【雲栖号線上課堂】每天都有産品技術專家分享！
課程位址：
https://yqh.aliyun.com/zhibo立即加入社群，與專家面對面，及時了解課程最新動态！
【雲栖号線上課堂 社群】
https://c.tb.cn/F3.Z8gvnK