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Redis實現分散式鎖詳解

WBOY

發布： 2023-06-21 11:02:38

原創

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隨著行動互聯網的快速發展和資料量的爆炸性成長，分散式系統變得越來越普及。在分散式系統中，並發操作的問題就變得越來越凸顯，當多個執行緒同時請求共享資源時，就需要對這些資源進行加鎖，確保資料的一致性。分散式鎖是實現分散式系統並發操作的有效方案之一，本文將詳細介紹如何使用 Redis 實現分散式鎖定。

Redis 基礎

Redis 是一個基於記憶體的鍵值對儲存系統，在分散式系統中被廣泛使用。 Redis 作為高效能的 NoSQL 資料庫，以其高效的讀寫效能和豐富的資料結構而受到廣泛關注。 Redis 可以基於多個機器實現分散式存儲，同時支援以下資料結構：

字串（string）
雜湊（hash）
#列表（ list）
集合（set）
有序集合（sorted set）

Redis 的運算都是基於這些資料結構，為實現分散式鎖定需要用到Redis 的一個特性：SETNX（SET if Not eXists），即當指定的鍵不存在時，才能設定鍵的值。如果鍵已經存在，則 SETNX 操作會傳回失敗。

實作分散式鎖定的想法

要實作分散式鎖定，首先需要明確目標：

在分散式環境中，多個執行緒同時請求同一個資源時，要確保只有一個執行緒可以獲得鎖。
如果某個執行緒已經獲得鎖，其他執行緒則需要等待鎖的釋放。

為了實現上述目標，可以採用以下想法：

使用 Redis 的 SETNX 指令建立一個新的鍵，作為鎖定的識別。
如果 SETNX 指令回傳成功，表示目前執行緒獲得了鎖定。
設定鍵的過期時間，避免死鎖的情況。
當某個執行緒完成任務後，釋放鎖，即刪除該鍵。

實作程式碼範例

首先，建立一個Redis 連線：

import redis

conn = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

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接著，定義取得鎖定和釋放鎖定的函數：

def acquire_lock(conn, lockname, acquire_timeout=10, lock_timeout=10):
    identifier = str(uuid.uuid4())
    lockname = "lock:" + lockname
    end = time.time() + acquire_timeout
    while time.time() < end:
        if conn.setnx(lockname, identifier):
            conn.expire(lockname, lock_timeout)
            return identifier
        elif not conn.ttl(lockname):
            conn.expire(lockname, lock_timeout)
        time.sleep(0.001)
    return False

def release_lock(conn, lockname, identifier):
    pipe = conn.pipeline(True)
    lockname = "lock:" + lockname
    while True:
        try:
            pipe.watch(lockname)
            if pipe.get(lockname) == identifier:
                pipe.multi()
                pipe.delete(lockname)
                pipe.execute()
                return True
            pipe.unwatch()
            break
        except redis.exceptions.WatchError:
            pass
    return False

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其中，acquire_lock 函數用來取得鎖，參數說明如下：

conn：Redis 連線。
lockname：鎖的名稱。
acquire_timeout：取得鎖定時的逾時時間，預設為 10 秒。
lock_timeout：鎖的過期時間，預設為 10 秒。

該函數首先產生一個隨機的標識符，然後每隔 0.001 秒嘗試取得鎖，並設定過期時間。如果在指定的逾時時間內沒有取得到鎖，則傳回 False。

release_lock 函數用於釋放鎖定，參數說明如下：

conn：Redis 連接。
lockname：鎖的名稱。
identifier：取得鎖定時傳回的識別碼。

此函數首先使用 WATCH 指令監視鎖，如果鎖的值與識別碼相同，則使用 MULTI 指令刪除該鎖，並執行操作。否則，終止監視並傳回 False。

最後，使用 acquire_lock 和 release_lock 函數即可實現分散式鎖定的功能。範例程式碼如下：

import time
import uuid

def do_task():
    print("Task started...")
    time.sleep(5)
    print("Task finished")

def main():
    lockname = "mylock"
    identifier = acquire_lock(conn, lockname)
    if not identifier:
        print("Failed to obtain lock")
        return
    try:
        do_task()
    finally:
        release_lock(conn, lockname, identifier)

if __name__ == '__main__':
    main()

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在此範例程式碼中，使用 acquire_lock 函數取得鎖，在執行任務後呼叫 release_lock 函數釋放鎖。