浅析Redis中红锁RedLock的实现原理_Redis

redlock 是一种分布式锁的实现算法，由 redis 的作者 salvatore sanfilippo（也称为 antirez）提出，主要用于解决在分布式系统中实现可靠锁的问题。在 redis 单独节点的基础上，redlock 使用了多个独立的 redis 实例（通常建议是奇数个，比如 5 个），共同协作来提供更强健的分布式锁服务。

redlock 算法旨在解决单个 redis 实例作为分布式锁时可能出现的单点故障问题，通过在多个独立运行的 redis 实例上同时获取锁的方式来提高锁服务的可用性和安全性。

redlock 具备以下主要特性：

互斥性：在任何时间，只有一个客户端可以获得锁，确保了资源的互斥访问。
避免死锁：通过为锁设置一个较短的过期时间，即使客户端在获得锁后由于网络故障等原因未能按时释放锁，锁也会因为过期而自动释放，避免了死锁的发生。
容错性：即使一部分 redis 节点宕机，只要大多数节点（即过半数以上的节点）仍在线，redlock 算法就能继续提供服务，并确保锁的正确性。

1.redlock 实现思路

redlock 是对集群的每个节点进行加锁，如果大多数节点（n/2+1）加锁成功，则才会认为加锁成功。

这样即使集群中有某个节点挂掉了，因为大部分集群节点都加锁成功了，所以分布式锁还是可以继续使用的。

2.工作流程

redlock 算法的工作流程大致如下：

客户端向多个独立的 redis 实例尝试获取锁，设置锁的过期时间非常短。
如果客户端能在大部分节点上成功获取锁，并且所花费的时间小于锁的过期时间的一半，那么认为客户端成功获取到了分布式锁。
当客户端完成对受保护资源的操作后，它需要向所有曾获取锁的 redis 实例释放锁。
若在释放锁的过程中，客户端因故无法完成，由于设置了锁的过期时间，锁最终会自动过期释放，避免了死锁。

3.基本使用

在 java 开发中，可以使用 redisson 框架很方便的实现 redlock，具体操作代码如下：

import org.redisson.redisson;
import org.redisson.api.redisclient;
import org.redisson.api.redissonclient;
import org.redisson.config.config;
import org.redisson.redisson.redissonredlock;

public class redlockdemo {

    public static void main(string[] args) {
        // 创建 redisson 客户端配置
        config config = new config();
        config.useclusterservers()
        .addnodeaddress("redis://127.0.0.1:6379",
                        "redis://127.0.0.1:6380",
                        "redis://127.0.0.1:6381"); // 假设有三个 redis 节点
        // 创建 redisson 客户端实例
        redissonclient redissonclient = redisson.create(config);
        // 创建 redlock 对象
        redissonredlock redlock = redissonclient.getredlock("resource");
        try {
            // 尝试获取分布式锁，最多尝试 5 秒获取锁，并且锁的有效期为 5000 毫秒
            boolean lockacquired = redlock.trylock(5, 5000, timeunit.milliseconds); 
            if (lockacquired) {
                // 加锁成功，执行业务代码...
            } else {
                system.out.println("failed to acquire the lock!");
            }
        } catch (interruptedexception e) {
            thread.currentthread().interrupt();
            system.err.println("interrupted while acquiring the lock");
        } finally {
            // 无论是否成功获取到锁，在业务逻辑结束后都要释放锁
            if (redlock.islocked()) {
                redlock.unlock();
            }
            // 关闭 redisson 客户端连接
            redissonclient.shutdown();
        }
    }
}

4.实现原理

redisson 中的 redlock 是基于 redissonmultilock（联锁）实现的。

redissonmultilock 是 redisson 提供的一种分布式锁类型，它可以同时操作多个锁，以达到对多个锁进行统一管理的目的。联锁的操作是原子性的，即要么全部锁住，要么全部解锁。这样可以保证多个锁的一致性。

redissonmultilock 使用示例如下：

import org.redisson.redisson;
import org.redisson.api.rlock;
import org.redisson.api.redissonclient;
import org.redisson.config.config;
import org.redisson.multi.multilock;

public class redissonmultilockdemo {

    public static void main(string[] args) throws interruptedexception {
        // 创建 redisson 客户端
        config config = new config();
        config.usesingleserver().setaddress("redis://127.0.0.1:6379");
        redissonclient redisson = redisson.create(config);

        // 创建多个分布式锁实例
        rlock lock1 = redisson.getlock("lock1");
        rlock lock2 = redisson.getlock("lock2");
        rlock lock3 = redisson.getlock("lock3");

        // 创建 redissonmultilock 对象
        multilock multilock = new multilock(lock1, lock2, lock3);

        // 加锁
        multilock.lock();
        try {
            // 执行任务
            system.out.println("lock acquired. task started.");
            thread.sleep(3000);
            system.out.println("task finished. releasing the lock.");
        } finally {
            // 释放锁
            multilock.unlock();
        }
        // 关闭客户端连接
        redisson.shutdown();
    }
}

在示例中，我们首先创建了一个 redisson 客户端并连接到 redis 服务器。然后，我们使用 redisson.getlock 方法创建了多个分布式锁实例。接下来，我们通过传入这些锁实例来创建了 redissonmultilock 对象。

说回正题，redissonredlock 是基于 redissonmultilock 实现的这点，可以从继承关系看出。

redissonredlock 继承自 redissonmultilock，核心实现源码如下：

public class redissonredlock extends redissonmultilock {
    public redissonredlock(rlock... locks) {
        super(locks);
    }

    /**
     * 锁可以失败的次数，锁的数量-锁成功客户端最小的数量
     */
    @override
    protected int failedlockslimit() {
        return locks.size() - minlocksamount(locks);
    }

    /**
     * 锁的数量 / 2 + 1，例如有3个客户端加锁，那么最少需要2个客户端加锁成功
     */
    protected int minlocksamount(final list<rlock> locks) {
        return locks.size()/2 + 1;
    }

    /** 
     * 计算多个客户端一起加锁的超时时间，每个客户端的等待时间
     */
    @override
    protected long calclockwaittime(long remaintime) {
        return math.max(remaintime / locks.size(), 1);
    }

    @override
    public void unlock() {
        unlockinner(locks);
    }
}

从上述源码可以看出，redisson 中的 redlock 是基于 redissonmultilock（联锁）实现的，当 redlock 是对集群的每个节点进行加锁，如果大多数节点，也就是 n/2+1 个节点加锁成功，则认为 redlock 加锁成功。