Java-redis分佈式鎖搶購秒殺系統實現

時間 2019-11-19

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1、使用分佈式鎖要知足的幾個條件：java

系統是一個分佈式系統（關鍵是分佈式，單機的可使用ReentrantLock或者synchronized代碼塊來實現）
共享資源（各個系統訪問同一個資源，資源的載體多是傳統關係型數據庫或者NoSQL）
同步訪問（即有不少個進程同事訪問同一個共享資源。沒有同步訪問，誰管你資源競爭不競爭）

2、應用的場景例子mysql

　　管理後臺的部署架構（多臺tomcat服務器+redis【多臺tomcat服務器訪問一臺redis】+mysql【多臺tomcat服務器訪問一臺服務器上的mysql】）就知足使用分佈式鎖的條件。多臺服務器要訪問redis全局緩存的資源，若是不使用分佈式鎖就會出現問題。redis

從redis獲取值N，對數值N進行邊界檢查，自加1，而後N寫回redis中。這種應用場景很常見，像秒殺，全局遞增ID、IP訪問限制等。以IP訪問限制來講，惡意攻擊者可能發起無限次訪問，併發量比較大，分佈式環境下對N的邊界檢查就不可靠，由於從redis讀的N可能已是髒數據。傳統的加鎖的作法（如java的synchronized和Lock）也沒用，由於這是分佈式環境，這個同步問題的救火隊員也一籌莫展。在這危急存亡之秋，分佈式鎖終於有用武之地了。算法

　　分佈式鎖能夠基於不少種方式實現，好比zookeeper、redis...。無論哪一種方式，他的基本原理是不變的：用一個狀態值表示鎖，對鎖的佔用和釋放經過狀態值來標識。spring

　　這裏主要講如何用redis實現分佈式鎖。sql

3、使用redis的setNX命令實現分佈式鎖數據庫

一、實現的原理apache

　　Redis爲單進程單線程模式，採用隊列模式將併發訪問變成串行訪問，且多客戶端對Redis的鏈接並不存在競爭關係。redis的SETNX命令能夠方便的實現分佈式鎖。spring-mvc

二、基本命令解析緩存

1）setNX（SET if Not eXists）

語法：

SETNX key value

將 key 的值設爲 value ，當且僅當 key 不存在。

若給定的 key 已經存在，則 SETNX 不作任何動做。

SETNX 是『SET if Not eXists』(若是不存在，則 SET)的簡寫

返回值：

　　設置成功，返回 1 。

　　設置失敗，返回 0 。

redis> EXISTS job                # job 不存在
(integer) 0

redis> SETNX job "programmer"    # job 設置成功
(integer) 1

redis> SETNX job "code-farmer"   # 嘗試覆蓋 job ，失敗
(integer) 0

redis> GET job                   # 沒有被覆蓋
"programmer"

因此咱們使用執行下面的命令

SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>

如返回1，則該客戶端得到鎖，把lock.foo的鍵值設置爲時間值表示該鍵已被鎖定，該客戶端最後能夠經過DEL lock.foo來釋放該鎖。
如返回0，代表該鎖已被其餘客戶端取得，這時咱們能夠先返回或進行重試等對方完成或等待鎖超時。

2）getSET

語法：

GETSET key value

　　將給定 key 的值設爲 value ，並返回 key 的舊值(old value)。

　　當 key 存在但不是字符串類型時，返回一個錯誤。

返回值：

    　　返回給定  
   key 的舊值。 
  

    　　當  
   key 沒有舊值時，也便是，  
   key 不存在時，返回  
   nil 。 
  

    3）get 
  

    語法： 
  
 
    GET key 
   
 返回值：

      　　當  
     key 不存在時，返回  
     nil ，不然，返回  
     key 的值。 
    

      　　若是  
     key 不是字符串類型，那麼返回一個錯誤 
    

        
    
 
     4、解決死鎖 
    
上面的鎖定邏輯有一個問題：若是一個持有鎖的客戶端失敗或崩潰了不能釋放鎖，該怎麼解決？
 
      咱們能夠經過鎖的鍵對應的時間戳來判斷這種狀況是否發生了，若是當前的時間已經大於lock.foo的值，說明該鎖已失效，能夠被從新使用。  
     
　　發生這種狀況時，可不能簡單的經過DEL來刪除鎖，而後再SETNX一次（講道理，刪除鎖的操做應該是鎖擁有這執行的，這裏只須要等它超時便可），當多個客戶端檢測到鎖超時後都會嘗試去釋放它，這裏就可能出現一個競態條件,讓咱們模擬一下這個場景： 
 
        
      
C0操做超時了，但它還持有着鎖，C1和C2讀取lock.foo檢查時間戳，前後發現超時了。 
C1 發送DEL lock.foo 
C1 發送SETNX lock.foo 而且成功了。 
C2 發送DEL lock.foo 
C2 發送SETNX lock.foo 而且成功了。 
這樣一來，C1，C2都拿到了鎖！問題大了！  
        
      
　　幸虧這種問題是能夠避免的，讓咱們來看看C3這個客戶端是怎樣作的： 
 
        
      
C3發送SETNX lock.foo 想要得到鎖，因爲C0還持有鎖，因此Redis返回給C3一個0 
C3發送GET lock.foo 以檢查鎖是否超時了，若是沒超時，則等待或重試。 
反之，若是已超時，C3經過下面的操做來嘗試得到鎖： 
GETSET lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1> 
經過GETSET，C3拿到的時間戳若是仍然是超時的，那就說明，C3如願以償拿到鎖了。 
若是在C3以前，有個叫C4的客戶端比C3快一步執行了上面的操做，那麼C3拿到的時間戳是個未超時的值，這時，C3沒有如期得到鎖，須要再次等待或重試。留意一下，儘管C3沒拿到鎖，但它改寫了C4設置的鎖的超時值，不過這一點很是微小的偏差帶來的影響能夠忽略不計。  
        
      
　　注意：爲了讓分佈式鎖的算法更穩鍵些，持有鎖的客戶端在解鎖以前應該再檢查一次本身的鎖是否已經超時，再去作DEL操做，由於可能客戶端由於某個耗時的操做而掛起，操做完的時候鎖由於超時已經被別人得到，這時就沒必要解鎖了。
5、代碼實現
expireMsecs 鎖持有超時，防止線程在入鎖之後，無限的執行下去，讓鎖沒法釋放 
timeoutMsecs 鎖等待超時，防止線程飢餓，永遠沒有入鎖執行代碼的機會 
注意：項目裏面須要先搭建好redis的相關配置
 
      package test.miaosha;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.dao.DataAccessException;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnection;
import org.springframework.data.redis.core.RedisCallback;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;

 
public class RedisLock {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RedisLock.class);

    private RedisTemplate<String,Object> redisTemplate;

    private static final int DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS = 100;

    /**
     * Lock key path.
     */
    private String lockKey;

    /**
     * 鎖超時時間，防止線程在入鎖之後，無限的執行等待
     */
    private int expireMsecs = 60 * 1000;

    /**
     * 鎖等待時間，防止線程飢餓
     */
    private int timeoutMsecs = 10 * 1000;

    private volatile boolean locked = false;

    /**
     * Detailed constructor with default acquire timeout 10000 msecs and lock
     * expiration of 60000 msecs.
     *
     * @param lockKey
     *            lock key (ex. account:1, ...)
     */
    public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.lockKey = lockKey + "_lock";
    }

    /**
     * Detailed constructor with default lock expiration of 60000 msecs.
     *
     */
    public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey, int timeoutMsecs) {
        this(redisTemplate, lockKey);
        this.timeoutMsecs = timeoutMsecs;
    }

    /**
     * Detailed constructor.
     *
     */
    public RedisLock(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String lockKey, int timeoutMsecs, int expireMsecs) {
        this(redisTemplate, lockKey, timeoutMsecs);
        this.expireMsecs = expireMsecs;
    }

    /**
     * @return lock key
     */
    public String getLockKey() {
        return lockKey;
    }

    public String get(final String key) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    byte[] data = connection.get(serializer.serialize(key));
                    connection.close();
                    if (data == null) {
                        return null;
                    }
                    return serializer.deserialize(data);
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("get redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? obj.toString() : null;
    }
    
    
    public String set(final String key,final String value) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    connection.set(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value));
                    return serializer;
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("get redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? obj.toString() : null;
    }

    public boolean setNX(final String key, final String value) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    Boolean success = connection.setNX(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value));
                    connection.close();
                    return success;
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("setNX redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? (Boolean) obj : false;
    }

    private String getSet(final String key, final String value) {
        Object obj = null;
        try {
            obj = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Object>() {
                @Override
                public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                    StringRedisSerializer serializer = new StringRedisSerializer();
                    byte[] ret = connection.getSet(serializer.serialize(key), serializer.serialize(value));
                    connection.close();
                    return serializer.deserialize(ret);
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            logger.error("setNX redis error, key : {}", key);
        }
        return obj != null ? (String) obj : null;
    }

    /**
     * 得到 lock. 實現思路: 主要是使用了redis 的setnx命令,緩存了鎖. reids緩存的key是鎖的key,全部的共享,
     * value是鎖的到期時間(注意:這裏把過時時間放在value了,沒有時間上設置其超時時間) 執行過程:
     * 1.經過setnx嘗試設置某個key的值,成功(當前沒有這個鎖)則返回,成功得到鎖
     * 2.鎖已經存在則獲取鎖的到期時間,和當前時間比較,超時的話,則設置新的值
     *
     * @return true if lock is acquired, false acquire timeouted
     * @throws InterruptedException
     *             in case of thread interruption
     */
    public synchronized boolean lock() throws InterruptedException {
        int timeout = timeoutMsecs;
        while (timeout >= 0) {
            long expires = System.currentTimeMillis() + expireMsecs + 1;
            String expiresStr = String.valueOf(expires); // 鎖到期時間
            if (this.setNX(lockKey, expiresStr)) {
                // lock acquired
                locked = true;
                return true;
            }

            String currentValueStr = this.get(lockKey); // redis裏的時間
            if (currentValueStr != null && Long.parseLong(currentValueStr) < System.currentTimeMillis()) {
                // 判斷是否爲空，不爲空的狀況下，若是被其餘線程設置了值，則第二個條件判斷是過不去的
                // lock is expired

                String oldValueStr = this.getSet(lockKey, expiresStr);
                // 獲取上一個鎖到期時間，並設置如今的鎖到期時間，
                // 只有一個線程才能獲取上一個線上的設置時間，由於jedis.getSet是同步的
                if (oldValueStr != null && oldValueStr.equals(currentValueStr)) {
                    // 防止誤刪（覆蓋，由於key是相同的）了他人的鎖——這裏達不到效果，這裏值會被覆蓋，可是由於什麼相差了不多的時間，因此能夠接受

                    // [分佈式的狀況下]:如過這個時候，多個線程剛好都到了這裏，可是隻有一個線程的設置值和當前值相同，他纔有權利獲取鎖
                    // lock acquired
                    locked = true;
                    return true;
                }
            }
            timeout -= DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS;

            /*
             * 延遲100 毫秒, 這裏使用隨機時間可能會好一點,能夠防止飢餓進程的出現,即,當同時到達多個進程,
             * 只會有一個進程得到鎖,其餘的都用一樣的頻率進行嘗試,後面有來了一些進行,也以一樣的頻率申請鎖,這將可能致使前面來的鎖得不到知足.
             * 使用隨機的等待時間能夠必定程度上保證公平性
             */
            Thread.sleep(DEFAULT_ACQUIRY_RESOLUTION_MILLIS);

        }
        return false;
    }

    /**
     * Acqurired lock release.
     */
    public synchronized void unlock() {
        if (locked) {
            redisTemplate.delete(lockKey);
            locked = false;
        }
    }
    
    
    

} 
     
MsService.java
 
      package test.miaosha;

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

public class MsService {
    
    /***
     * 搶購代碼
     * @param redisTemplate
     * @param key pronum 首先用客戶端設置數量
     * @return
     */
    public boolean seckill(RedisTemplate<String,Object> redisTemplate, String key) {
        RedisLock lock = new RedisLock(redisTemplate, key, 10000, 20000);
        try {
            if (lock.lock()) {
                // 須要加鎖的代碼
                String pronum=lock.get("pronum");

                //修改庫存
                if(Integer.parseInt(pronum)-1>=0) {
                    lock.set("pronum",String.valueOf(Integer.parseInt(pronum)-1));
                    System.out.println("庫存數量:"+pronum+"     成功!!!"+Thread.currentThread().getName());
                }else {
                    System.out.println("手慢拍大腿");
                }
                
                return true;
            } 

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 爲了讓分佈式鎖的算法更穩鍵些，持有鎖的客戶端在解鎖以前應該再檢查一次本身的鎖是否已經超時，再去作DEL操做，由於可能客戶端由於某個耗時的操做而掛起，
            // 操做完的時候鎖由於超時已經被別人得到，這時就沒必要解鎖了。 ————這裏沒有作
            lock.unlock();
        }
        return false;
    }
} 
     
ThreadB.java
 
      package test.miaosha;

import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;

public class ThreadB extends Thread {
    private MsService service;
    private RedisTemplate<String,Object> redisTemplate;
    private String key;
 
    public ThreadB(MsService service,RedisTemplate<String,Object> redisTemplate,String key) {
        this.service = service;
        this.redisTemplate=redisTemplate;
        this.key=key;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        service.seckill(redisTemplate, key);
    }
}
  
     
 測試類 直接開100個線程 模擬100我的搶購
 
      package test.miaosha;

import org.apache.xbean.spring.context.ClassPathXmlApplicationContext;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
 

public class MsTest {
    
    static ClassPathXmlApplicationContext appCtx = new ClassPathXmlApplicationContext("test/miaosha/spring-redis.xml");
    

     public static void main(String[] args) {
          RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = (RedisTemplate<String, Object>)appCtx.getBean("redisTemplate",RedisTemplate.class);
          
          
          //RedisUtil redisUtil=(RedisUtil) appCtx.getBean("redisUtil");  
          System.out.println("開始");
          
            MsService service = new MsService();
            
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                ThreadB threadA = new ThreadB(service, redisTemplate, "MSKEY");
                threadA.start();
               
            }
           
    }
} 
     
spring-redis.xml
 
      <beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
    xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx" xmlns:util="http://www.springframework.org/schema/util"
    xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
      http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd
      http://www.springframework.org/schema/context
      http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-3.0.xsd
      http://www.springframework.org/schema/mvc
      http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc-3.0.xsd
        http://www.springframework.org/schema/tx
        http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx-3.0.xsd
        http://www.springframework.org/schema/aop
    http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-3.0.xsd
        http://www.springframework.org/schema/util 
      http://www.springframework.org/schema/util/spring-util-3.0.xsd">

<!--[redis-JedisPoolConfig配置](http://blog.csdn.net/liang_love_java/article/details/50510753)-->
<!--    jedis-2.7.2.jar 依賴jar包 commons-pool2-2.3.jar 
        jedis基於 commons-pool2-2.3.jar 本身實現了一個資源池。
        配置參數 詳見 http://blog.csdn.net/liang_love_java/article/details/50510753
-->
    <bean id="jedisPoolConfig" class="redis.clients.jedis.JedisPoolConfig"> 
        <property name="maxIdle" value="8" /> 
        <property name="maxTotal" value="200" /> 
        <property name="blockWhenExhausted" value="true" /> 
        <property name="maxWaitMillis" value="30000" /> 
        <property name="testOnBorrow" value="true" />  
    </bean> 

    <bean id="jedisConnectionFactory" class="org.springframework.data.redis.connection.jedis.JedisConnectionFactory"> 
        <property name="hostName" value="127.0.0.1" /> 
        <property name="port" value="6379"/> 
        <property name="poolConfig" ref="jedisPoolConfig" /> 
        <property name="usePool" value="true"/> 
    </bean> 

    <bean id="redisTemplate" class="org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate">   
        <property name="connectionFactory"   ref="jedisConnectionFactory" />   
        <property name="keySerializer">   
            <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer" />   
        </property>      
        <property name="valueSerializer">   
            <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer" />   
        </property>   
        <property name="hashKeySerializer">     
           <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer"/>     
        </property>   
        <property name="hashValueSerializer">   
           <bean class="org.springframework.data.redis.serializer.JdkSerializationRedisSerializer"/>     
        </property> 
     </bean> 
     
     <!--自定義redis工具類,在須要緩存的地方注入此類  -->  
    

</beans> 
     