Redisが実装する分散ロックの原理と実装方法

分散システムの普及に伴い、分散ロックの重要性がますます高まっています。分散ロックは、分散システム内で同時に 1 つのプロセスまたはスレッドのみが動作できるようにするメカニズムです。分散ロックは、分散環境の多くのアプリケーションで非常に一般的な問題です。 Redis は、複数のデータ構造をサポートし、分散ロックで広く使用されている高性能のインメモリ データベースです。この記事では、Redisが実装する分散ロックの原理と実装方法を紹介します。

1. Redis によって実装される分散ロックの原理

分散システムにロックを実装するには、相互排他を実現する方法や一貫性を確保する方法など、いくつかの問題を解決する必要があります。 Redis が分散ロックを実装する場合、主な原則は、Redis トランザクションを通じてロックの相互排除と一貫性を確保することです。 Redis トランザクションは、複数のコマンドを 1 つのトランザクションにパッケージ化し、それらをすべて一度に実行する機能を提供します。トランザクションを発行すると、サーバーはトランザクションによって実行された一連の Redis コマンドの記録を開始します。

したがって、Redis では分散ロックを実装するために主に次の 3 つの手順があります:

1. ロックを取得してみます

Redis では、SETNX コマンド (SET) を使用できます。 if Not eXists ) を使用してキーが存在するかどうかを判断します。キーが存在しない場合は 1 を返し、キーの値を設定します。キーがすでに存在する場合は 0 を返します。したがって、SETNX コマンドを使用してロックを取得する処理を実装できます。

2. ロックのタイムアウトを設定する

ロックを防止するには、ロックのタイムアウトを設定する必要があります。ロック保持者が一定の時間が経過してもロックを解放しない場合、ロックは強制的に解除されます。

3. ロックを解放します

Redis トランザクションで DEL コマンドを使用して、ロックを解放し、Redis からロック キーを削除します。

2. Redis が分散ロックを実装する方法

上記の手順の導入を通じて、Redis が分散ロックを実装する主な原則は、SETNX コマンドを通じてロックを取得することであることがわかります。トランザクションを渡してロック操作とロック解除操作を実行します。これに基づいて、Redis に分散ロックを実装する 2 つの方法、Redis 単一ノードに基づく方法と Redis クラスターに基づく方法を紹介します。

1. Redis シングル ノードに基づく

Redis の SETNX および DEL コマンドを使用するだけで、Redis シングル ノードに基づく分散ロックを簡単に実装できます。

public Boolean tryLock(String key, String value, long expireTime) {

    Jedis jedis = jedisPool.getResource();

    String result = jedis.set(key, value, "NX", "PX", expireTime);

    jedis.close();

    return "OK".equalsIgnoreCase(result);

}

このうち、key はロックする必要があるリソース、value はロックの一意の識別子、expireTime はロックのタイムアウト時間。

ロックの取得を試行するプロセスでは、SetNX コマンドを使用して存在しないキーの設定を試みることができます。キーが存在する場合、そのロックは他のクライアントによって取得されたことを意味します。ロックが正常にロックされた後、ロック ID とタイムアウト時間を設定する必要があります。同時に、タイムアウト期間が経過する前にロック保持者がロックを解除できるようにする必要があります。そうしないと、ロックが強制的に解除されてしまいます。

2. Redis クラスターに基づく

Redis クラスター環境では、単一ノードに基づく実装では高可用性要件を満たすことができません。したがって、Redis クラスター モードを介して Redis クラスターに基づく分散ロックを実装する必要があります。

Redis クラスター モードでは、Redis はクラスター内のノードを異なるスロットに分割し、各スロットに異なるキーと値のペアが保存されます。したがって、異なるスロットに異なるロックを割り当てて、分散ロックの高可用性を実現できます。 Redis クラスター モードで、分散ロックを実装する Redis のコードは次のとおりです。

public boolean tryLock(String key, String value, int expireTime) {

    JedisCluster jedisCluster = jedisClusterFactory.getJedisCluster();

    String result = jedisCluster.set(key, value, "NX", "PX", expireTime);

    return "OK".equalsIgnoreCase(result);

}

このうち、key はロックする必要があるリソース、value はロックの一意の識別子、expireTime はロックのタイムアウト時間。

Redis クラスター モードでは、SET コマンドはキーと値を正しいノードに保存します。異なるスロットのロックを区別することで、分散ロックの高可用性を実現し、単一障害点を回避できます。

3. まとめ

この記事では、Redis の分散ロックを実装するための原理と実装方法を中心に紹介します Redis シングルノードによる分散ロックは、SETNX と DEL コマンドを使用するだけで実現できます。 Redis クラスター モードでは、分散ロックの高可用性を実現し、単一障害点を回避するために、異なるロックを異なるスロットに割り当てることができます。分散ロックの実装では、ロックの相互排他、一貫性、高可用性などの多くの要素を考慮する必要があります。実際のアプリケーションでは、特定の状況に応じて適切なロック実装方法を選択する必要があります。

以上がRedisが実装する分散ロックの原理と実装方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。