随着业务越来越复杂，应用服务都会朝着分布式、集群方向部署，而分布式CAP原则告诉我们，Consistency（一致性）、 Availability（可用性）、Partition tolerance（分区容错性），三者不可得兼。

很多场景中，需要使用分布式事务、分布式锁等技术来保证数据最终一致性。有的时候，我们需要保证某一方法同一时刻只能被一个线程执行。在单机（单进程）环境中，JAVA提供了很多并发相关API，但在多机（多进程）环境中就无能为力了。

对于分布式锁，最好能够满足以下几点

可以保证在分布式部署的应用集群中，同一个方法在同一时间只能被一台机器上的一个线程执行这把锁要是一把可重入锁（避免死锁）这把锁最好是一把阻塞锁有高可用的获取锁和释放锁功能获取锁和释放锁的性能要好

针对分布式锁，目前有以下几种实现方案（From: http://www.hollischuang.com/a...）

基于数据库实现分布式锁基于缓存实现分布式锁基于zookeeper实现分布式锁

对于第一种（基于数据库）及第三种（基于zookeeper）的实现方式可以参考博文http://www.hollischuang.com/a...，本篇文章介绍如何基于redis实现分布式锁

首先奉上源码 https://github.com/manerfan/m...

分布式同步锁实现

实现思路

锁的实现主要基于redis的SETNX命令（SETNX详细解释参考这里），我们来看SETNX的解释

SETNX key value 将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在。若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。 SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，则 SET)的简写。

返回值： 设置成功，返回 1 。设置失败，返回 0 。

使用SETNX完成同步锁的流程及事项如下：

使用SETNX命令获取锁，若返回0（key已存在，锁已存在）则获取失败，反之获取成功
为了防止获取锁后程序出现异常，导致其他线程/进程调用SETNX命令总是返回0而进入死锁状态，需要为该key设置一个“合理”的过期时间
释放锁，使用DEL命令将锁数据删除

实现过程

创建同步锁实现类

/**
 * 同步锁
 *
 * @property key Redis key
 * @property stringRedisTemplate RedisTemplate
 * @property expire Redis TTL/秒
 * @property safetyTime 安全时间/秒
 */
class SyncLock(
        private val key: String,
        private val stringRedisTemplate: StringRedisTemplate,
        private val expire: Long,
        private val safetyTime: Long
)

key reids中的key，对应java api synchronized的对象expire reids中key的过期时间safetyTime 下文介绍其作用

实现锁的获取功能

private val value: String get() = Thread.currentThread().name
/**
 * 尝试获取锁（立即返回）
 *
 * @return 是否获取成功
 */
fun tryLock(): Boolean {
    val locked = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value) ?: false
    if (locked) {
        stringRedisTemplate.expire(key, expire, TimeUnit.SECONDS)
    }
    return locked
}

这里使用setIfAbsent函数(对应SETNX命令)尝试设置key的值为value（当前线程id+线程名），若成功则同时设置key的过期时间并返回true，否则返回false

实现带超时时间的锁获取功能

private val waitMillisPer: Long = 10
/**
 * 尝试获取锁，并至多等待timeout时长
 *
 * @param timeout 超时时长
 * @param unit 时间单位
 *
 * @return 是否获取成功
 */
fun tryLock(timeout: Long, unit: TimeUnit): Boolean {
    val waitMax = unit.toMillis(timeout)
    var waitAlready: Long = 0
    while (stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value) != true && waitAlready < waitMax) {
        Thread.sleep(waitMillisPer)
        waitAlready += waitMillisPer
    }
    if (waitAlready < waitMax) {
        stringRedisTemplate.expire(key, expire, TimeUnit.SECONDS)
        return true
    }
    return false
}

这里使用while循环不断尝试锁的获取，并至多尝试timeout时长，在timeout时间内若成功则同时设置key的过期时间并返回true，否则返回false

其实以上两种tryLock函数还是有一种可能便是，在调用setIfAbsent后、调用expire之前若服务出现异常，也将导致该锁(key)无法释放(过期或删除)，使得其他线程/进程再无法获取锁而进入死循环，为了避免此问题的产生，我们引入了safetyTime该参数的作用为，从获取锁开始直到safetyTime时长，若仍未获取成功则认为某一线程/进程出现异常导致数据不正确，此时强制获取，其实现如下

实现带保护功能的锁获取功能

/**
 * 获取锁
 */
fun lock() {
    val waitMax = TimeUnit.SECONDS.toMillis(safetyTime)
    var waitAlready: Long = 0
    while (stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value) != true && waitAlready < waitMax) {
        Thread.sleep(waitMillisPer)
        waitAlready += waitMillisPer
    }
    // stringRedisTemplate.expire(key, expire, TimeUnit.SECONDS)
    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, value, expire, TimeUnit.SECONDS)
}

这里同样使用while循环不断尝试锁的获取，但至多等待safetyTime时长，最终不论是否成功，均使用SETEX命令将key设置为当前先线程对应的value，并同时设置该key的过期时间

实现锁的释放功能

/**
 * 释放锁
 */
fun unLock() {
    stringRedisTemplate.opsForValue()[key]?.let {
        if (it == value) {
            stringRedisTemplate.delete(key)
        }
    }
}

锁的释放使用DEL命令删除key，但需要注意的是，释放锁时只能释放本线程持有的锁若expire设置不合理，如expire设置为10秒，结果在获取锁后线程运行了20秒，该锁有可能已经被其他线程强制获取，即该key代表的锁已经不是当前线程所持有的锁，此时便不能冒然删除该key，而只能释放本线程持有的锁。

集成spring boot

为了更好的与spring集成，我们创建一个工厂类来辅助创建同步锁实例

/**
 * SyncLock同步锁工厂类
 */
@Component
class SyncLockFactory {
    @Autowired
    private lateinit var stringRedisTemplate: StringRedisTemplate
    private val syncLockMap = mutableMapOf<String, SyncLock>()
    /**
     * 创建SyncLock
     *
     * @param key Redis key
     * @param expire Redis TTL/秒，默认10秒
     * @param safetyTime 安全时间/秒，为了防止程序异常导致死锁，在此时间后强制拿锁，默认 expire * 5 秒
     */
    @Synchronized
    fun build(key: String, expire: Long = 10 /* seconds */, safetyTime: Long = expire * 5/* seconds */): SyncLock {
        if (!syncLockMap.containsKey(key)) {
            syncLockMap[key] = SyncLock(key, stringRedisTemplate, expire, safetyTime)
        }
        return syncLockMap[key]!!
    }
}

在spring框架下可以更方便的使用

@Component
class SomeLogic: InitializingBean {
  @Autowired
  lateinit var syncLockFactory: SyncLockFactory
  lateinit var syncLock
  override fun afterPropertiesSet() {
    syncLock = syncLockFactory.build("lock:some:name", 10)
  }
  fun someFun() {
    syncLock.lock()
    try {
      // some logic
    } finally {
      syncLock.unlock()
    }
  }
}

注解的实现

借助spring aop框架，我们可以将SyncLock的使用进一步简化

创建注解类

/**
 * 同步锁注解
 *
 * @property key Redis key
 * @property expire Redis TTL/秒，默认10秒
 */
@Target(AnnotationTarget.FUNCTION)
@Retention(AnnotationRetention.RUNTIME)
annotation class SyncLockable(
        val key: String,
        val expire: Long = 10
)

实现AOP

/**
 * 同步锁注解处理
 */
@Aspect
@Component
class SyncLockHandle {
    @Autowired
    private lateinit var syncLockFactory: SyncLockFactory
    /**
     * 在方法上执行同步锁
     */
    @Around("@annotation(syncLockable)")
    fun syncLock(jp: ProceedingJoinPoint, syncLockable: SyncLockable): Any? {
        val lock = syncLockFactory.build(syncLockable.key, syncLockable.expire)
        try {
            lock.lock()
            return jp.proceed()
        } finally {
            lock.unLock()
        }
    }
}

如此一来，我们便可以按照如下方式使用SyncLock

@Component
class SomeLogic {
    @SyncLockable("lock:some:name", 10)
    fun someFun() {
        // some logic
    }
}

是不是显得更加方便！

基于redis的分布式锁实现