Redis上实现分布式锁以提高性能的方案研究

背景：

在很多互联网产品应用中，有些场景需要加锁处理，比如：秒杀，全局递增ID，楼层生成等等。大部分是解决方案基于DB实现的，Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变成串行访问，且多客户端对Redis的连接并不存在竞争关系。

项目实践

任务队列用到分布式锁的情况比较多，在将业务逻辑中可以异步处理的操作放入队列，在其他线程中处理后出队，此时队列中使用了分布式锁，保证入队和出队的一致性。关于redis队列这块的逻辑分析，我将在下一次对其进行总结，此处先略过。

接下来对redis实现的分布式锁的逻辑代码进行详细的分析和理解：

1、为避免特殊原因导致锁无法释放, 在加锁成功后, 锁会被赋予一个生存时间(通过 lock 方法的参数设置或者使用默认值), 超出生存时间锁将被自动释放.

2、锁的生存时间默认比较短(秒级, 具体见 lock 方法), 因此若需要长时间加锁, 可以通过 expire 方法延长锁的生存时间为适当的时间. 比如在循环内调用 expire

3、系统级的锁当进程无论因为任何原因出现crash，操作系统会自己回收锁，所以不会出现资源丢失。

4、但分布式锁不同。若一次性设置很长的时间，一旦由于各种原因进程 crash 或其他异常导致 unlock 未被调用，则该锁在剩下的时间就变成了垃圾锁，导致其他进程或进程重启后无法进入加锁区域。

1. <?php 
2.    
3. require_once 'RedisFactory.php'; 
4.    
5. /** 
6. * 在 Redis 上实现的分布式锁 
7. */ 
8. class RedisLock { 
9.     
10. //单例模式 
11.   private static $_instance = null; 
12.   public static function instance() { 
13.     if(self::$_instance == null) { 
14.       self::$_instance = new RedisLock(); 
15.     } 
16.     return self::$_instance; 
17.   } 
18.    
19.     
20. //redis对象变量 
21.   private $redis; 
22.     
23. //存放被锁的标志名的数组 
24.   private $lockedNames = array(); 
25.    
26.   public function __construct() { 
27.       
28. //获取一个 RedisString 实例 
29.     $this->redis = RedisFactory::instance()->getString(); 
30.   } 
31.    
32.     
33. /**  
34.     
35. * 加锁 
36.     
37. * 
38.     
39. * @param string 锁的标识名 
40.     
41. * @param int 获取锁失败时的等待超时时间(秒), 在此时间之内会一直尝试获取锁直到超时. 为 0 表示失败后直接返回不等待 
42.     
43. * @param int 当前锁的最大生存时间(秒), 必须大于 0 . 如果超过生存时间后锁仍未被释放, 则系统会自动将其强制释放 
44.     
45. * @param int 获取锁失败后挂起再试的时间间隔(微秒) 
46.     
47. */ 
48.   public function lock($name, $timeout = 0, $expire = 15, $waitIntervalUs = 100000) { 
49.     if(empty($name)) return false; 
50.    
51.     $timeout = (int)$timeout; 
52.     $expire = max((int)$expire, 5); 
53.     $now = microtime(true); 
54.     $timeoutAt = $now + $timeout; 
55.     $expireAt = $now + $expire; 
56.    
57.     $redisKey = "Lock:$name"; 
58.     while(true) { 
59.       $result = $this->redis->setnx($redisKey, (string)$expireAt); 
60.       if($result !== false) { 
61.           
62. //对$redisKey设置生存时间 
63.         $this->redis->expire($redisKey, $expire); 
64.           
65. //将最大生存时刻记录在一个数组里面 
66.         $this->lockedNames[$name] = $expireAt; 
67.         return true; 
68.       } 
69.    
70.         
71. //以秒为单位，返回$redisKey 的剩余生存时间 
72.       $ttl = $this->redis->ttl($redisKey); 
73.         
74. // TTL 小于 0 表示 key 上没有设置生存时间(key 不会不存在, 因为前面 setnx 会自动创建) 
75.         
76. // 如果出现这种情况, 那就是进程在某个实例 setnx 成功后 crash 导致紧跟着的 expire 没有被调用. 这时可以直接设置 expire 并把锁纳为己用 
77.       if($ttl < 0) { 
78.         $this->redis->set($redisKey, (string)$expireAt, $expire); 
79.         $this->lockedNames[$name] = $expireAt; 
80.         return true; 
81.       } 
82.    
83.         
84. // 设置了不等待或者已超时 
85.       if($timeout <= 0 || microtime(true) > $timeoutAt) break; 
86.    
87.         
88. // 挂起一段时间再试 
89.       usleep($waitIntervalUs); 
90.     } 
91.    
92.     return false; 
93.   } 
94.    
95.     
96. /** 
97.     
98. * 给当前锁增加指定的生存时间(秒), 必须大于 0 
99.     
100. * 
101.     
102. * @param string 锁的标识名 
103.     
104. * @param int 生存时间(秒), 必须大于 0 
105.     
106. */ 
107.   public function expire($name, $expire) { 
108.     if($this->isLocking($name)) { 
109.       if($this->redis->expire("Lock:$name", max($expire, 1))) { 
110.         return true; 
111.       } 
112.     } 
113.     return false; 
114.   } 
115.    
116.     
117. /** 
118.     
119. * 判断当前是否拥有指定名称的锁 
120.     
121. * 
122.     
123. * @param mixed $name 
124.     
125. */ 
126.   public function isLocking($name) { 
127.     if(isset($this->lockedNames[$name])) { 
128.       return (string)$this->lockedNames[$name] == (string)$this->redis->get("Lock:$name"); 
129.     } 
130.     return false; 
131.   } 
132.    
133.     
134. /** 
135.     
136. * 释放锁 
137.     
138. * 
139.     
140. * @param string 锁的标识名 
141.     
142. */ 
143.   public function unlock($name) { 
144.     if($this->isLocking($name)) { 
145.       if($this->redis->deleteKey("Lock:$name")) { 
146.         unset($this->lockedNames[$name]); 
147.         return true; 
148.       } 
149.     } 
150.     return false; 
151.   } 
152.    
153.     
154. /** 释放当前已经获取到的所有锁 */ 
155.   public function unlockAll() { 
156.     $allSuccess = true; 
157.     foreach($this->lockedNames as $name => $item) { 
158.       if(false === $this->unlock($name)) { 
159.         $allSuccess = false; 
160.       } 
161.     } 
162.     return $allSuccess; 
163.   } 
164. } 

此类很多代码都写上了注释，只要认真理解下，就很容易懂得如何在redis实现分布式锁了。