Redis上實現分布式鎖以提高性能的方案研究

背景：

在很多互聯網產品應用中，有些場景需要加鎖處理，比如：秒殺，全局遞增ID，樓層生成等等。大部分是解決方案基於DB實現的，Redis為單進程單線程模式，采用隊列模式將並發訪問變成串行訪問，且多客戶端對Redis的連接並不存在競爭關系。

項目實踐

任務隊列用到分布式鎖的情況比較多，在將業務邏輯中可以異步處理的操作放入隊列，在其他線程中處理後出隊，此時隊列中使用了分布式鎖，保證入隊和出隊的一致性。關於redis隊列這塊的邏輯分析，我將在下一次對其進行總結，此處先略過。

接下來對redis實現的分布式鎖的邏輯代碼進行詳細的分析和理解：

1、為避免特殊原因導致鎖無法釋放, 在加鎖成功後, 鎖會被賦予一個生存時間(通過 lock 方法的參數設置或者使用默認值), 超出生存時間鎖將被自動釋放.

2、鎖的生存時間默認比較短(秒級, 具體見 lock 方法), 因此若需要長時間加鎖, 可以通過 expire 方法延長鎖的生存時間為適當的時間. 比如在循環內調用 expire
3、系統級的鎖當進程無論因為任何原因出現crash，操作系統會自己回收鎖，所以不會出現資源丟失。
4、但分布式鎖不同。若一次性設置很長的時間，一旦由於各種原因進程 crash 或其他異常導致 unlock 未被調用，則該鎖在剩下的時間就變成了垃圾鎖，導致其他進程或進程重啟後無法進入加鎖區域。

<?php
 
require_once 'RedisFactory.php';
 
/**
* 在 Redis 上實現的分布式鎖
*/
class RedisLock {
  
//單例模式
  private static $_instance = null;
  public static function instance() {
    if(self::$_instance == null) {
      self::$_instance = new RedisLock();
    }
    return self::$_instance;
  }
 
  
//redis對象變量
  private $redis;
  
//存放被鎖的標志名的數組
  private $lockedNames = array();
 
  public function __construct() {
    
//獲取一個 RedisString 實例
    $this->redis = RedisFactory::instance()->getString();
  }
 
  
/** 
  
* 加鎖
  
*
  
* @param string 鎖的標識名
  
* @param int 獲取鎖失敗時的等待超時時間(秒), 在此時間之內會一直嘗試獲取鎖直到超時. 為 0 表示失敗後直接返回不等待
  
* @param int 當前鎖的最大生存時間(秒), 必須大於 0 . 如果超過生存時間後鎖仍未被釋放, 則系統會自動將其強制釋放
  
* @param int 獲取鎖失敗後掛起再試的時間間隔(微秒)
  
*/
  public function lock($name, $timeout = 0, $expire = 15, $waitIntervalUs = 100000) {
    if(empty($name)) return false;
 
    $timeout = (int)$timeout;
    $expire = max((int)$expire, 5);
    $now = microtime(true);
    $timeoutAt = $now + $timeout;
    $expireAt = $now + $expire;
 
    $redisKey = "Lock:$name";
    while(true) {
      $result = $this->redis->setnx($redisKey, (string)$expireAt);
      if($result !== false) {
        
//對$redisKey設置生存時間
        $this->redis->expire($redisKey, $expire);
        
//將最大生存時刻記錄在一個數組裡面
        $this->lockedNames[$name] = $expireAt;
        return true;
      }
 
      
//以秒為單位，返回$redisKey 的剩余生存時間
      $ttl = $this->redis->ttl($redisKey);
      
// TTL 小於 0 表示 key 上沒有設置生存時間(key 不會不存在, 因為前面 setnx 會自動創建)
      
// 如果出現這種情況, 那就是進程在某個實例 setnx 成功後 crash 導致緊跟著的 expire 沒有被調用. 這時可以直接設置 expire 並把鎖納為己用
      if($ttl < 0) {
        $this->redis->set($redisKey, (string)$expireAt, $expire);
        $this->lockedNames[$name] = $expireAt;
        return true;
      }
 
      
// 設置了不等待或者已超時
      if($timeout <= 0 || microtime(true) > $timeoutAt) break;
 
      
// 掛起一段時間再試
      usleep($waitIntervalUs);
    }
 
    return false;
  }
 
  
/**
  
* 給當前鎖增加指定的生存時間(秒), 必須大於 0
  
*
  
* @param string 鎖的標識名
  
* @param int 生存時間(秒), 必須大於 0
  
*/
  public function expire($name, $expire) {
    if($this->isLocking($name)) {
      if($this->redis->expire("Lock:$name", max($expire, 1))) {
        return true;
      }
    }
    return false;
  }
 
  
/**
  
* 判斷當前是否擁有指定名稱的鎖
  
*
  
* @param mixed $name
  
*/
  public function isLocking($name) {
    if(isset($this->lockedNames[$name])) {
      return (string)$this->lockedNames[$name] == (string)$this->redis->get("Lock:$name");
    }
    return false;
  }
 
  
/**
  
* 釋放鎖
  
*
  
* @param string 鎖的標識名
  
*/
  public function unlock($name) {
    if($this->isLocking($name)) {
      if($this->redis->deleteKey("Lock:$name")) {
        unset($this->lockedNames[$name]);
        return true;
      }
    }
    return false;
  }
 
  
/** 釋放當前已經獲取到的所有鎖 */
  public function unlockAll() {
    $allSuccess = true;
    foreach($this->lockedNames as $name => $item) {
      if(false === $this->unlock($name)) {
        $allSuccess = false;
      }
    }
    return $allSuccess;
  }
}

此類很多代碼都寫上了注釋，只要認真理解下，就很容易懂得如何在redis實現分布式鎖了。