Redis를 사용하여 분산 잠금을 구현하는 방법을 자세히 설명하는 문서

이 기사에서는 Redis에 대한 관련 지식을 제공합니다. Redis를 사용하여 분산 잠금을 구현하는 방법을 자세히 설명하는 기사를 소개합니다. 당신에게 도움이 될 것입니다.

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1. 분산 잠금이란 무엇입니까?

멀티 스레드 코드를 작성할 때 리소스 경쟁을 피하기 위해 서로 다른 스레드가 경쟁할 수 있습니다. 오류가 발생하면 리소스를 잠그고 잠금을 획득한 스레드만 계속 실행할 수 있습니다.

프로세스의 잠금은 본질적으로 메모리의 변수입니다. 스레드가 잠금을 적용하는 작업을 수행할 때 잠금을 나타내는 변수의 값을 1로 성공적으로 설정할 수 있으면 잠금이 해제되었음을 의미합니다. 잠금을 수행하면 다른 스레드가 이를 획득하려고 하며 잠금을 소유한 스레드가 작업을 완료한 후 잠금 값을 0으로 설정합니다. 이는 잠금이 해제됨을 의미합니다.

위에서 이야기한 것은 서버 프로세스에서 서로 다른 스레드 사이의 잠금입니다. 이 잠금은 메모리에 위치하며, 분산 애플리케이션의 경우 서로 다른 애플리케이션(프로세스 또는 스레드)을 서로 다른 서버에 배포합니다. 잠금은 메모리의 변수로 표시될 수 없습니다.

이제 잠금을 서버의 메모리 공유 공간으로 표현할 수 있으므로 분산 애플리케이션의 경우 스토리지 시스템을 공유하여 공유 잠금을 저장할 수 있으며 Redis 인메모리 데이터베이스로서 실행 속도가 매우 빠르며 분산 잠금 구현을 위한 공유 스토리지 시스템으로 매우 적합합니다. Redis作为内存数据库，执行非常快，很适合作为实现分布式锁的共享存储系统。

2. 使用Redis实现分布式锁

对于一个锁来说，其实只有两个操作，加锁和释放锁，下面我们看来看通过Redis要怎么实现？

2.1 加锁

Redis的setnx命令会判断键值是否存在，如果存在则不做任何操作，并返回0，如果不存在，则创建并赋值，并返回1，因此我们可以执行setnx为一个代表锁键设置值，如果能设置成功，则表示获得锁，失败则无法获得锁。

# 使用key为lock来表示一个锁
setnx lock 1

2.2 释放锁

当执行好操作之后，要释放锁的时候直接把Redis里的键值lock删除就可以了，这样其他进程才能通过setnx命令重新设置并获得该锁。

# 释放锁
del lock

通过上面两个命令，我们实现了一个简单的分布式锁，但这里就出现了一个问题：如果一个进程通过setnx命令加锁之后，在执行具体操作出错了，没有办法及时释放锁，那么其他进程就无法获得该锁，系统便无法继续往下执行，解决这个问题的办法就是为锁设置一个有效期，在这个有效期之后，自动释放锁。

2.3 给锁设置有效期

给锁设置有效期非常简单，直接使用Redis的expire命令就可以了，如：

# 加锁
setnx lock 1 
# 给锁设置10s有效期
expire lock 10

但是，现在又出现另一个问题了，如果我们在设置了锁之后，执行expire命令之前该进程挂掉了，那么expire就没有执行成功，锁一样是没有被释放掉的，所以一定要保证上面两个命令要一起执行，怎么保证呢？

有两个方法，一个是使用LUA语言编写的脚本，另一个是使用Redis的set命令，set命令后面跟nx参数后，执行的效果与setnx一致，且set命令可以跟ex参数来设置过期时间，所以我们可以使用set命令把setnx和expire两个合并在一起，这样就可以保证执行的原子性了。

# 判断是否键值是否存在，ex后面跟着的是键值的有效期,10s
set lock 1 nx ex 10

解决了锁的有效问题，现在我们再来看另外一个问题。

如上图所示，现在有A，B，C

🎜🎜2 Redis를 사용하여 분산 잠금 구현 🎜잠금의 경우 실제로는 잠금과 해제의 두 가지 작업만 있습니다. Redis를 통해 어떻게 구현하는지 살펴볼까요? 🎜

2.1 잠금

🎜Redis의 setnx 명령은 키 값이 존재하는지 여부를 결정합니다. 작업이 완료되고 0이 반환됩니다. 존재하지 않는 경우 값을 생성하여 할당하고 1을 반환하면 setnx를 실행하여 대표 잠금 키에 대한 값을 설정할 수 있습니다. 설정이 성공하면 잠금이 획득되었음을 의미합니다. 실패 잠금을 획득할 수 없습니다. 🎜

 # rand_uid表示唯一id
set lock rand_id nx ex 10

2.2 잠금 해제

🎜작업 수행 후 잠금을 해제하고 싶을 때 Redis<에서 <code>lock< 키 값을 직접 변경하세요. /code> /code>다른 프로세스가 <code>setnx 명령을 통해 재설정하고 잠금을 얻을 수 있도록 삭제하세요. 🎜

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

🎜위 두 명령어를 통해 간단한 분산 잠금을 구현했는데, 여기서 문제가 있습니다. setnx 명령어를 통해 프로세스를 잠그면 특정 작업 중에 오류가 발생한다는 것입니다. 제때에 잠금을 해제할 수 있는 방법이 없으면 다른 프로세스는 잠금을 얻을 수 없으며 시스템은 실행을 계속할 수 없습니다. 이 문제를 해결하는 방법은 잠금에 대한 유효 기간을 설정하는 것입니다. 이 유효 기간이 지나면 잠금이 자동으로 해제됩니다. 🎜

2.3 잠금 유효 기간 설정

🎜잠금 유효 기간을 설정하는 방법은 매우 간단합니다. expire 명령을 사용하면 됩니다. Redis, 예: 🎜

# lock为key,rand_id表示key里保存的值
redis-cli --eval unlock.lua lock , rand_id

🎜 그러나 이제 또 다른 문제가 발생합니다. 잠금을 설정하고 expire 명령을 실행하기 전에 프로세스가 중단되면 expire< /code >실행이 실패하고 잠금이 해제되지 않으므로 위의 두 명령이 함께 실행되는지 확인해야 합니다. 이를 보장하는 방법은 무엇입니까? 🎜🎜두 가지 방법이 있는데, 하나는 <code>LUA 언어로 작성된 스크립트를 사용하는 것이고, 다른 하나는 Redis</code의 <code>set 명령을 사용하는 것입니다. >, set 명령 다음에 nx 매개변수가 오면 실행 효과는 setnx와 일치하며 set</ code> 명령 뒤에 <code>ex code> 매개변수를 사용하여 만료 시간을 설정할 수 있으므로 set 명령을 사용하여 setnx와 setnx를 병합할 수 있습니다. expire를 함께 사용하여 실행의 원자성을 보장할 수 있습니다. 🎜rrreee🎜 효과적인 잠금 문제를 해결했습니다. 이제 또 다른 문제를 살펴보겠습니다. 🎜🎜🎜🎜위 사진과 같이, 이제 세 가지 다른 서버의 A, B 및 C는 모두 특정 작업을 수행할 때 잠금을 획득하고 실행 후에 잠금을 해제해야 합니다. . 🎜

现在的情况是进程A执行第2步时卡顿了(上面绿色区域所示)，且时间超出了锁有效期，所以进程A设置的锁自动释放了，这时候进程B获得了锁，并开始执行操作，但由于进程A只是卡顿了而已，所以会继续执行的时候，在第3步的时候会手动释放锁，但是这个时候，锁由线程B所拥有，也就是说进程A删除的不是自己的锁，而进程B的锁，这时候进程B还没执行完，但锁被释放后，进程C可以加锁，也就是说由于进程A卡顿释放错了锁，导致进程B和进程C可以同时获得锁。

怎么避免这种情况呢？如何区分其他进程的锁，避免删除其他进程的锁呢？答案就是每个进程在加锁的时候，给锁设置一个唯一值，并在释放锁的时候，判断是不是自己设置的锁。

2.4 给锁设置唯一值

给锁设置唯一值的时候，一样是使用set命令，唯一的不同是将键值1改为一个随机生成的唯一值，比如uuid。

 # rand_uid表示唯一id
set lock rand_id nx ex 10

当锁里的值由进程设置后，释放锁的时候，就需要判断锁是不是自己的，步骤如下：

• 通过Redis的get命令获得锁的值
• 根据获得的值，判断锁是不是自己设置的
• 如果是，通过del命令释放锁。

此时我们看到，释放锁需要执行三个操作，如果三个操作依次执行的话，是没有办法保证原子性的，比如进程A在执行到第2步后，准备开始执行del命令时，而锁由时有效期到了，被自动释放了，并被其他服务器上的进程B获得锁，但这时候线程A执行del还是把线程B的锁给删掉了。

解决这个问题的办法就是保证上述三个操作执行的原子性，即在执行释放锁的三个操作中，其他进程不可以获得锁，想要做到这一点，需要使用到LUA脚本。

2.5 通过LUA脚本实现释放锁的原子性

Redis支持LUA脚本，LUA脚里的代码执行的时候，其他客户端的请求不会被执行，这样可以保证原子性操作，所以我们可以使用下面脚本进行锁的释放：

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

将上述脚本保存为脚本后，可以调用Redis客户端命令redis-cli来执行，如下：

# lock为key,rand_id表示key里保存的值
redis-cli --eval unlock.lua lock , rand_id

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