怎麼用Go和Redis實現分散式互斥鎖和紅鎖

互斥鎖

Redis裡有一個設定如果不存在的命令，我們可以透過這個指令來實現互斥鎖功能，在Redis官方文件裡面推薦的標準實現方式是SET resource_name my_random_value NX PX 30000這串指令，其中：

• ##resource_name表示要鎖定的資源

• #resource_name

  表示要鎖定的資源

• NX

  表示如果不存在則設定

• PX 30000

  表示過期時間為30000毫秒，也就是30秒

my_random_value

這個值在所有的客戶端必須是唯一的，而所有同一key的鎖定競爭者這個值都不能一樣。

值必須是隨機數主要是為了更安全的釋放鎖，釋放鎖的時候使用腳本告訴Redis：只有key存在並且儲存的值和我指定的值一樣才能告訴我刪除成功，避免錯誤釋放別的競爭者的鎖。

由於涉及兩個操作，因此我們需要透過Lua腳本保證操作的原子性：

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

舉個不用Lua腳本的例子：客戶端A取得資源鎖，但是緊接著被一個其他操作阻塞了，當客戶端A運行完畢其他操作後要釋放鎖時，原來的鎖早已超時並且被Redis自動釋放，並且在這期間資源鎖又被客戶端B再次獲取到。

因為判斷和刪除是兩個操作，所以有可能A剛判斷完鎖就過期自動釋放了，然後B就獲取到了鎖，然後A又調用了Del，導致把B的鎖給釋放了。 TryLock和Unlock實作TryLock其實就是用SET resource_name my_random_value NX PX 30000加鎖，這裡使用

UUID

#UUID#UUID作為隨機值，並且在加鎖成功時把隨機值返回，這個隨機值會在Unlock時使用；

Unlock

解鎖邏輯就是執行前面說到的lua腳本。 <div class="code" style="position:relative; padding:0px; margin:0px;"><pre class="brush:php;toolbar:false">func (l *Lock) TryLock(ctx context.Context) error {    success, err := l.client.SetNX(ctx, l.resource, l.randomValue, ttl).Result()    if err != nil {       return err    }    // 加锁失败    if !success {       return ErrLockFailed    }    // 加锁成功    l.randomValue = randomValue    return nil } func (l *Lock) Unlock(ctx context.Context) error {    return l.script.Run(ctx, l.client, []string{l.resource}, l.randomValue).Err() }</pre><div class="contentsignin">登入後複製</div></div>Lock實作

Lock

是阻塞的獲取鎖，因此在加鎖失敗的時候，需要重試。當然也可能出現其他異常情況（例如網路問題，請求逾時等），這些情況則直接回傳
• error

  。

步驟如下：
嘗試加鎖，加鎖成功直接回傳

加鎖失敗則不斷循環嘗試加鎖直到成功或出現異常情況

func (l *Lock) Lock(ctx context.Context) error {
  // 尝试加锁
  err := l.TryLock(ctx)
  if err == nil {
    return nil
  }
  if !errors.Is(err, ErrLockFailed) {
    return err
  }
  // 加锁失败，不断尝试
  ticker := time.NewTicker(l.tryLockInterval)
  defer ticker.Stop()
  for {
    select {
    case <-ctx.Done():
      // 超时
      return ErrTimeout
    case <-ticker.C:
      // 重新尝试加锁
      err := l.TryLock(ctx)
      if err == nil {
        return nil
      }
      if !errors.Is(err, ErrLockFailed) {
        return err
      }
    }
  }
}

實現看門狗機制

我們前面的例子中提到的互斥鎖有一個小問題，就是如果持有鎖客戶端A被阻塞，那麼A的鎖可能會超時被自動釋放，導致客戶端B提前取得到鎖。

為了減少這種情況的發生，我們可以在A持有鎖期間，不斷地延長鎖的過期時間，減少客戶端B提前獲取到鎖的情況，這就是看門狗機制。

當然，這沒辦法完全避免上述情況的發生，因為如果客戶端A取得鎖定之後，剛好與Redis的連線關閉了，這時候也就沒辦法延長超時時間了。

看門狗實現

• 加鎖成功時啟動一個線程，不斷地延長鎖地過期時間；在Unlock時關閉看門狗線程。

看門狗流程如下：
加鎖成功，啟動看門狗
看門狗執行緒不斷延長鎖的過程時間

解鎖，看門狗

func (l *Lock) startWatchDog() {
  ticker := time.NewTicker(l.ttl / 3)
  defer ticker.Stop()
  for {
    select {
    case <-ticker.C:
      // 延长锁的过期时间
      ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), l.ttl/3*2)
      ok, err := l.client.Expire(ctx, l.resource, l.ttl).Result()
      cancel()
      // 异常或锁已经不存在则不再续期
      if err != nil || !ok {
        return
      }
    case <-l.watchDog:
      // 已经解锁
      return
    }
  }
}

TryLock：啟動看門狗

func (l *Lock) TryLock(ctx context.Context) error {
  success, err := l.client.SetNX(ctx, l.resource, l.randomValue, l.ttl).Result()
  if err != nil {
    return err
  }
  // 加锁失败
  if !success {
    return ErrLockFailed
  }
  // 加锁成功，启动看门狗
  go l.startWatchDog()
  return nil
}

###Unlock：關閉看門狗###

func (l *Lock) Unlock(ctx context.Context) error {
  err := l.script.Run(ctx, l.client, []string{l.resource}, l.randomValue).Err()
  // 关闭看门狗
  close(l.watchDog)
  return err
}

###紅鎖######由於上面的實作是基於單一Redis實例，如果這個唯一的實例掛了，那麼所有請求都會因為拿不到鎖而失敗，為了提高容錯性，我們可以使用多個分佈在不同機器上的Redis實例，並且只要拿到其中大多數節點的鎖就能加鎖成功，這就是紅鎖演算法。它其實也是基於上面的單一實例演算法的，只是我們需要同時對多個Redis實例取得鎖。 ###

加锁实现

在加锁逻辑里，我们主要是对每个Redis实例执行SET resource_name my_random_value NX PX 30000获取锁，然后把成功获取锁的客户端放到一个channel里（这里因为是多线程并发获取锁，使用slice可能有并发问题），同时使用sync.WaitGroup等待所有获取锁操作结束。

然后判断成功获取到的锁的数量是否大于一半，如果没有得到一半以上的锁，说明加锁失败，释放已经获得的锁。

如果加锁成功，则启动看门狗延长锁的过期时间。

func (l *RedLock) TryLock(ctx context.Context) error {
  randomValue := gofakeit.UUID()
  var wg sync.WaitGroup
  wg.Add(len(l.clients))
  // 成功获得锁的Redis实例的客户端
  successClients := make(chan *redis.Client, len(l.clients))
  for _, client := range l.clients {
    go func(client *redis.Client) {
      defer wg.Done()
      success, err := client.SetNX(ctx, l.resource, randomValue, ttl).Result()
      if err != nil {
        return
      }
      // 加锁失败
      if !success {
        return
      }
      // 加锁成功，启动看门狗
      go l.startWatchDog()
      successClients <- client
    }(client)
  }
  // 等待所有获取锁操作完成
  wg.Wait()
  close(successClients)
  // 如果成功加锁得客户端少于客户端数量的一半+1，表示加锁失败
  if len(successClients) < len(l.clients)/2+1 {
    // 就算加锁失败，也要把已经获得的锁给释放掉
    for client := range successClients {
      go func(client *redis.Client) {
        ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), ttl)
        l.script.Run(ctx, client, []string{l.resource}, randomValue)
        cancel()
      }(client)
    }
    return ErrLockFailed
  }

  // 加锁成功，启动看门狗
  l.randomValue = randomValue
  l.successClients = nil
  for successClient := range successClients {
    l.successClients = append(l.successClients, successClient)
  }

  return nil
}

看门狗实现

我们需要延长所有成功获取到的锁的过期时间。

func (l *RedLock) startWatchDog() {
  l.watchDog = make(chan struct{})
  ticker := time.NewTicker(resetTTLInterval)
  defer ticker.Stop()
  for {
    select {
    case <-ticker.C:
      // 延长锁的过期时间
      for _, client := range l.successClients {
        go func(client *redis.Client) {
          ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), ttl-resetTTLInterval)
          client.Expire(ctx, l.resource, ttl)
          cancel()
        }(client)
      }
    case <-l.watchDog:
      // 已经解锁
      return
    }
  }
}

解锁实现

我们需要解锁所有成功获取到的锁。

func (l *RedLock) Unlock(ctx context.Context) error {
   for _, client := range l.successClients {
      go func(client *redis.Client) {
         l.script.Run(ctx, client, []string{l.resource}, l.randomValue)
      }(client)
   }
   // 关闭看门狗
   close(l.watchDog)
   return nil
}

以上是怎麼用Go和Redis實現分散式互斥鎖和紅鎖的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！