Spring Boot實(shí)現(xiàn)Redis分布式鎖

一、業(yè)務(wù)背景

有些業(yè)務(wù)請求，屬于耗時操作，需要加鎖，防止后續(xù)的并發(fā)操作，同時對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，需要避免對之前的業(yè)務(wù)造成影響。

基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 實(shí)現(xiàn)的后臺管理系統(tǒng) + 用戶小程序，支持 RBAC 動態(tài)權(quán)限、多租戶、數(shù)據(jù)權(quán)限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能

二、分析流程

使用 Redis 作為分布式鎖，將鎖的狀態(tài)放到 Redis 統(tǒng)一維護(hù)，解決集群中單機(jī) JVM 信息不互通的問題，規(guī)定操作順序，保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)正確。

梳理設(shè)計(jì)流程

新建注解 @interface，在注解里設(shè)定入?yún)?biāo)志

增加 AOP 切點(diǎn)，掃描特定注解

建立 @Aspect 切面任務(wù)，注冊 bean 和攔截特定方法

特定方法參數(shù) ProceedingJoinPoint，對方法 pjp.proceed() 前后進(jìn)行攔截

切點(diǎn)前進(jìn)行加鎖，任務(wù)執(zhí)行后進(jìn)行刪除 key

核心步驟：加鎖、解鎖和續(xù)時

加鎖

使用了 RedisTemplate 的 opsForValue.setIfAbsent 方法，判斷是否有 key，設(shè)定一個隨機(jī)數(shù) UUID.random().toString，生成一個隨機(jī)數(shù)作為 value。

從 redis 中獲取鎖之后，對 key 設(shè)定 expire 失效時間，到期后自動釋放鎖。

按照這種設(shè)計(jì)，只有第一個成功設(shè)定 Key 的請求，才能進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)操作，后續(xù)其它請求由于無法獲得資源，將會失敗結(jié)束。

超時問題

擔(dān)心 pjp.proceed() 切點(diǎn)執(zhí)行的方法太耗時，導(dǎo)致 Redis 中的 key 由于超時提前釋放了。

例如，線程 A 先獲取鎖，proceed 方法耗時，超過了鎖超時時間，到期釋放了鎖，這時另一個線程 B 成功獲取 Redis 鎖，兩個線程同時對同一批數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

解決方案：增加一個「續(xù)時」

任務(wù)不完成，鎖不釋放：

維護(hù)了一個定時線程池 ScheduledExecutorService，每隔 2s 去掃描加入隊(duì)列中的 Task，判斷是否失效時間是否快到了，公式為：【失效時間】<= 【當(dāng)前時間】+【失效間隔（三分之一超時）】

/**
*線程池，每個JVM使用一個線程去維護(hù)keyAliveTime，定時執(zhí)行runnable
*/
privatestaticfinalScheduledExecutorServiceSCHEDULER=
newScheduledThreadPoolExecutor(1,
newBasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());
static{
SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(()->{
//dosomethingtoextendtime
},0,2,TimeUnit.SECONDS);
}

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三、設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過上面的分析，同事小設(shè)計(jì)出了這個方案：

前面已經(jīng)說了整體流程，這里強(qiáng)調(diào)一下幾個核心步驟：

攔截注解 @RedisLock，獲取必要的參數(shù)

加鎖操作

續(xù)時操作

結(jié)束業(yè)務(wù)，釋放鎖

四、實(shí)操

之前也有整理過 AOP 使用方法，可以參考一下

相關(guān)屬性類配置

業(yè)務(wù)屬性枚舉設(shè)定

publicenumRedisLockTypeEnum{
/**
*自定義key前綴
*/
ONE("Business1","Test1"),

TWO("Business2","Test2");
privateStringcode;
privateStringdesc;
RedisLockTypeEnum(Stringcode,Stringdesc){
this.code=code;
this.desc=desc;
}
publicStringgetCode(){
returncode;
}
publicStringgetDesc(){
returndesc;
}
publicStringgetUniqueKey(Stringkey){
returnString.format("%s:%s",this.getCode(),key);
}
}

任務(wù)隊(duì)列保存參數(shù)

publicclassRedisLockDefinitionHolder{
/**
*業(yè)務(wù)唯一key
*/
privateStringbusinessKey;
/**
*加鎖時間(秒s)
*/
privateLonglockTime;
/**
*上次更新時間（ms）
*/
privateLonglastModifyTime;
/**
*保存當(dāng)前線程
*/
privateThreadcurrentTread;
/**
*總共嘗試次數(shù)
*/
privateinttryCount;
/**
*當(dāng)前嘗試次數(shù)
*/
privateintcurrentCount;
/**
*更新的時間周期（毫秒）,公式=加鎖時間（轉(zhuǎn)成毫秒）/3
*/
privateLongmodifyPeriod;
publicRedisLockDefinitionHolder(StringbusinessKey,LonglockTime,LonglastModifyTime,ThreadcurrentTread,inttryCount){
this.businessKey=businessKey;
this.lockTime=lockTime;
this.lastModifyTime=lastModifyTime;
this.currentTread=currentTread;
this.tryCount=tryCount;
this.modifyPeriod=lockTime*1000/3;
}
}

設(shè)定被攔截的注解名字

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD,ElementType.TYPE})
public@interfaceRedisLockAnnotation{
/**
*特定參數(shù)識別，默認(rèn)取第0個下標(biāo)
*/
intlockFiled()default0;
/**
*超時重試次數(shù)
*/
inttryCount()default3;
/**
*自定義加鎖類型
*/
RedisLockTypeEnumtypeEnum();
/**
*釋放時間，秒s單位
*/
longlockTime()default30;
}

核心切面攔截的操作

RedisLockAspect.java 該類分成三部分來描述具體作用

Pointcut 設(shè)定

/**
*@annotation中的路徑表示攔截特定注解
*/
@Pointcut("@annotation(cn.sevenyuan.demo.aop.lock.RedisLockAnnotation)")
publicvoidredisLockPC(){
}

Around 前后進(jìn)行加鎖和釋放鎖

前面步驟定義了我們想要攔截的切點(diǎn)，下一步就是在切點(diǎn)前后做一些自定義操作：

@Around(value="redisLockPC()")
publicObjectaround(ProceedingJoinPointpjp)throwsThrowable{
//解析參數(shù)
Methodmethod=resolveMethod(pjp);
RedisLockAnnotationannotation=method.getAnnotation(RedisLockAnnotation.class);
RedisLockTypeEnumtypeEnum=annotation.typeEnum();
Object[]params=pjp.getArgs();
StringukString=params[annotation.lockFiled()].toString();
//省略很多參數(shù)校驗(yàn)和判空
StringbusinessKey=typeEnum.getUniqueKey(ukString);
StringuniqueValue=UUID.randomUUID().toString();
//加鎖
Objectresult=null;
try{
booleanisSuccess=redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(businessKey,uniqueValue);
if(!isSuccess){
thrownewException("Youcan'tdoit，becauseanotherhasgetthelock=-=");
}
redisTemplate.expire(businessKey,annotation.lockTime(),TimeUnit.SECONDS);
ThreadcurrentThread=Thread.currentThread();
//將本次Task信息加入「延時」隊(duì)列中
holderList.add(newRedisLockDefinitionHolder(businessKey,annotation.lockTime(),System.currentTimeMillis(),
currentThread,annotation.tryCount()));
//執(zhí)行業(yè)務(wù)操作
result=pjp.proceed();
//線程被中斷，拋出異常，中斷此次請求
if(currentThread.isInterrupted()){
thrownewInterruptedException("Youhadbeeninterrupted=-=");
}
}catch(InterruptedExceptione){
log.error("Interruptexception,rollbacktransaction",e);
thrownewException("Interruptexception,pleasesendrequestagain");
}catch(Exceptione){
log.error("hassomeerror,pleasecheckagain",e);
}finally{
//請求結(jié)束后，強(qiáng)制刪掉key，釋放鎖
redisTemplate.delete(businessKey);
log.info("releasethelock,businessKeyis["+businessKey+"]");
}
returnresult;
}

上述流程簡單總結(jié)一下：

解析注解參數(shù)，獲取注解值和方法上的參數(shù)值

redis 加鎖并且設(shè)置超時時間

將本次 Task 信息加入「延時」隊(duì)列中，進(jìn)行續(xù)時，方式提前釋放鎖

加了一個線程中斷標(biāo)志

結(jié)束請求，finally 中釋放鎖

續(xù)時操作

這里用了 ScheduledExecutorService，維護(hù)了一個線程，不斷對任務(wù)隊(duì)列中的任務(wù)進(jìn)行判斷和延長超時時間：

//掃描的任務(wù)隊(duì)列
privatestaticConcurrentLinkedQueueholderList=newConcurrentLinkedQueue();
/**
*線程池，維護(hù)keyAliveTime
*/
privatestaticfinalScheduledExecutorServiceSCHEDULER=newScheduledThreadPoolExecutor(1,
newBasicThreadFactory.Builder().namingPattern("redisLock-schedule-pool").daemon(true).build());
{
//兩秒執(zhí)行一次「續(xù)時」操作
SCHEDULER.scheduleAtFixedRate(()->{
//這里記得加try-catch，否者報(bào)錯后定時任務(wù)將不會再執(zhí)行=-=
Iteratoriterator=holderList.iterator();
while(iterator.hasNext()){
RedisLockDefinitionHolderholder=iterator.next();
//判空
if(holder==null){
iterator.remove();
continue;
}
//判斷key是否還有效，無效的話進(jìn)行移除
if(redisTemplate.opsForValue().get(holder.getBusinessKey())==null){
iterator.remove();
continue;
}
//超時重試次數(shù)，超過時給線程設(shè)定中斷
if(holder.getCurrentCount()>holder.getTryCount()){
holder.getCurrentTread().interrupt();
iterator.remove();
continue;
}
//判斷是否進(jìn)入最后三分之一時間
longcurTime=System.currentTimeMillis();
booleanshouldExtend=(holder.getLastModifyTime()+holder.getModifyPeriod())<=?curTime;
????????????if?(shouldExtend)?{
????????????????holder.setLastModifyTime(curTime);
????????????????redisTemplate.expire(holder.getBusinessKey(),?holder.getLockTime(),?TimeUnit.SECONDS);
????????????????log.info("businessKey?:?["?+?holder.getBusinessKey()?+?"],?try?count?:?"?+?holder.getCurrentCount());
????????????????holder.setCurrentCount(holder.getCurrentCount()?+?1);
????????????}
????????}
????},?0,?2,?TimeUnit.SECONDS);
}

這段代碼，用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖中虛線框的思想，避免一個請求十分耗時，導(dǎo)致提前釋放了鎖。

這里加了「線程中斷」Thread#interrupt，希望超過重試次數(shù)后，能讓線程中斷 （未經(jīng)嚴(yán)謹(jǐn)測試，僅供參考哈哈哈哈）

不過建議如果遇到這么耗時的請求，還是能夠從根源上查找，分析耗時路徑，進(jìn)行業(yè)務(wù)優(yōu)化或其它處理，避免這些耗時操作。

所以記得多打點(diǎn) Log，分析問題時可以更快一點(diǎn)。

五、開始測試

在一個入口方法中，使用該注解，然后在業(yè)務(wù)中模擬耗時請求，使用了 Thread#sleep

@GetMapping("/testRedisLock")
@RedisLockAnnotation(typeEnum=RedisLockTypeEnum.ONE,lockTime=3)
publicBooktestRedisLock(@RequestParam("userId")LonguserId){
try{
log.info("睡眠執(zhí)行前");
Thread.sleep(10000);
log.info("睡眠執(zhí)行后");
}catch(Exceptione){
//logerror
log.info("hassomeerror",e);
}
returnnull;
}

使用時，在方法上添加該注解，然后設(shè)定相應(yīng)參數(shù)即可，根據(jù) typeEnum 可以區(qū)分多種業(yè)務(wù)，限制該業(yè)務(wù)被同時操作。

測試結(jié)果：

2020-04-0414:55:50.864INFO9326---[nio-8081-exec-1]c.s.demo.controller.BookController:睡眠執(zhí)行前
2020-04-0414:55:52.855INFO9326---[k-schedule-pool]c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect:businessKey:[Business1:1024],trycount:0
2020-04-0414:55:54.851INFO9326---[k-schedule-pool]c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect:businessKey:[Business1:1024],trycount:1
2020-04-0414:55:56.851INFO9326---[k-schedule-pool]c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect:businessKey:[Business1:1024],trycount:2
2020-04-0414:55:58.852INFO9326---[k-schedule-pool]c.s.demo.aop.lock.RedisLockAspect:businessKey:[Business1:1024],trycount:3
2020-04-0414:56:00.857INFO9326---[nio-8081-exec-1]c.s.demo.controller.BookController:hassomeerror
java.lang.InterruptedException:sleepinterrupted
atjava.lang.Thread.sleep(NativeMethod)[na:1.8.0_221]

我這里測試的是重試次數(shù)過多，失敗的場景，如果減少睡眠時間，就能讓業(yè)務(wù)正常執(zhí)行。

如果同時請求，你將會發(fā)現(xiàn)以下錯誤信息：

表示我們的鎖的確生效了，避免了重復(fù)請求。

六、總結(jié)

對于耗時業(yè)務(wù)和核心數(shù)據(jù)，不能讓重復(fù)的請求同時操作數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)的不正確，所以要使用分布式鎖來對它們進(jìn)行保護(hù)。

再來梳理一下設(shè)計(jì)流程：

新建注解 @interface，在注解里設(shè)定入?yún)?biāo)志

增加 AOP 切點(diǎn)，掃描特定注解

建立 @Aspect 切面任務(wù)，注冊 bean 和攔截特定方法

特定方法參數(shù) ProceedingJoinPoint，對方法 pjp.proceed() 前后進(jìn)行攔截

切點(diǎn)前進(jìn)行加鎖，任務(wù)執(zhí)行后進(jìn)行刪除 key

本次學(xué)習(xí)是通過 Review 小伙伴的代碼設(shè)計(jì)，從中了解分布式鎖的具體實(shí)現(xiàn)，仿照他的設(shè)計(jì)，重新寫了一份簡化版的業(yè)務(wù)處理。對于之前沒考慮到的「續(xù)時」操作，這里使用了守護(hù)線程來定時判斷和延長超時時間，避免了鎖提前釋放。

于是乎，同時回顧了三個知識點(diǎn)：

1、AOP 的實(shí)現(xiàn)和常用方法

2、定時線程池 ScheduledExecutorService 的使用和參數(shù)含義

3、線程 Thread#interrupt 的含義以及用法（這個挺有意思的，可以深入再學(xué)習(xí)一下）