Redis 分布式锁｜从青铜到钻石的五种演进方案
一、本地锁的问题
首先我们来回顾下本地锁的问题：
目前题目微服务被拆分成了四个微服务。前端请求进来时，会被转发到不同的微服务。假如前端接收了 10 W 个请求，每个微服务接收 2.5 W 个请求，假如缓存失效了，每个微服务在访问数据库时加锁，通过锁（synchronzied 或 lock）来锁住自己的线程资源，从而防止缓存击穿。
这是一种本地加锁的方式，在分布式情况下会带来数据不一致的问题：比如服务 A 获取数据后，更新缓存 key =100，服务 B 不受服务 A 的锁限制，并发去更新缓存 key = 99，最后的结果可能是 99 或 100，但这是一种未知的状态，与期望结果不一致。流程图如下所示：
二、什么是分布式锁
基于上面本地锁的问题，我们需要一种支持分布式集群环境下的锁：查询 DB 时，只有一个线程能访问，其他线程都需要等待第一个线程释放锁资源后，才能继续执行。
生活中的案例：可以把锁看成房门外的一把锁，所有并发线程比作人，他们都想进入房间，房间内只能有一个人进入。当有人进入后，将门反锁，其他人必须等待，直到进去的人出来。
我们来看下分布式锁的基本原理，如下图所示：
我们来分析下上图的分布式锁：
- 1.前端将 10W 的高并发请求转发给四个题目微服务。
- 2.每个微服务处理 2.5 W 个请求。
- 3.每个处理请求的线程在执行业务之前，需要先抢占锁。可以理解为“占坑”。
- 4.获取到锁的线程在执行完业务后，释放锁。可以理解为“释放坑位”。
- 5.未获取到的线程需要等待锁释放。
- 6.释放锁后，其他线程抢占锁。
- 7.重复执行步骤 4、5、6。
大白话解释：所有请求的线程都去同一个地方“占坑”，如果有坑位，就执行业务逻辑，没有坑位，就需要其他线程释放“坑位”。这个坑位是所有线程可见的，可以把这个坑位放到 Redis 缓存或者数据库，这篇讲的就是如何用 Redis 做“分布式坑位”。
三、Redis 的 SETNX
Redis 作为一个公共可访问的地方，正好可以作为“占坑”的地方。
用 Redis 实现分布式锁的几种方案，我们都是用 SETNX 命令（设置 key 等于某 value）。只是高阶方案传的参数个数不一样，以及考虑了异常情况。
我们来看下这个命令，SETNX是set If not exist的简写。意思就是当 key 不存在时，设置 key 的值，存在时，什么都不做。
在 Redis 命令行中是这样执行的：
set NX登录后复制
先进入容器：
docker exec -it redis-cli登录后复制
set wukong 1111 NX登录后复制
四、青铜方案
我们先用 Redis 的 SETNX 命令来实现最简单的分布式锁。
3.1 青铜原理
我们来看下流程图：
- 多个并发线程都去 Redis 中申请锁，也就是执行 setnx 命令，假设线程 A 执行成功，说明当前线程 A 获得了。
- 其他线程执行 setnx 命令都会是失败的，所以需要等待线程 A 释放锁。
- 线程 A 执行完自己的业务后，删除锁。
- 其他线程继续抢占锁，也就是执行 setnx 命令。因为线程 A 已经删除了锁，所以又有其他线程可以抢占到锁了。
- 10 秒以后，A 还在执行任务，此时锁被自动打开了。
- 因房间内只允许一个用户执行任务，所以用户 A 和 用户 B 执行任务
产生了冲突。 - 用户 A 在
15 s后，完成了任务，此时 用户 B 还在执行任务。 - 用户 A 主动打开了编号为
123的锁。 - 用户 B 还在执行任务，发现锁已经被打开了。
- 用户 B 非常生气：我还没执行完任务呢，锁怎么开了？
- 用户 C 抢占到锁，C 开始执行任务。
- 因房间内只允许一个用户执行任务，所以用户 B 和 用户 C 执行任务产生了冲突。
- 主动删除锁的时候，需要判断锁的编号是否和设置的一致，如果一致，则认为是自己设置的锁，可以进行主动删除。
- 2.抢占锁，并设置过期时间为 10 s，且锁具有随机唯一 id。
- 3.抢占成功，执行业务。
- 4.执行完业务后，获取当前锁的值。
- 5.如果锁的值和设置的值相等，则清理自己的锁。
时刻：9.5s。线程 A 向 Redis 查询当前 key 的值。
时刻：10s。锁自动过期。
时刻：11s。线程 B 抢占到锁。
时刻：12s。线程 A 在查询途中耗时长，终于拿多锁的值。
时刻：13s。线程 A 还是拿自己设置的锁的值和返回的值进行比较，值是相等的，清理锁，但是这个锁其实是线程 B 抢占的锁。
- 改进：设置锁的自动过期时间，过一段时间后，自动删除锁，这样其他线程就能获取到锁了。
- 改进：占锁和设置锁过期时间保证原子操作。
- 改进：每次占用的锁，随机设为较大的值，主动删除锁时，比较锁的值和自己设置的值是否相等。
- 改进：使用 Lua 脚本进行获取锁、比较锁、删除锁的原子操作。
- 改进：Redission 分布式锁。
