基于Redis的简单分布式锁的原理

参考资料：https://redis.io/commands/setnx

加锁是为了解决多线程的资源共享问题。Java中，单机环境的锁可以用synchronized和Lock，其他语言也都应该有自己的加锁机制。但是到了分布式环境，单机环境中的锁就没什么作用了，因为每个节点只能获取到自己机器内存中的锁，而无法获取到其他节点的锁状态。

分布式环境中，应该用专门的分布式锁来解决需要加锁的问题。分布式锁有很多实现，Redis，zookeeper都可以。这里以Redis为例，讲述一下基于Redis的分布式锁的基本原理。

用Redis来实现分布式锁的原因

不同的节点无法获取到其他节点内存中的锁，但是大家都可以获取到Redis中的资源，所以这是实现分布式锁的基础-所有节点都可以同时获取到redis的状态。
而具体的实现，则是基于两个redis的命令-SETNX和GETSET。
SETNX：SET if Not eXists，格式为SETNX key value，仅当key不存在时才会设置成功，返回1，否则返回0。这是加锁的基础，假设key名为lock.foo，只要有一个线程设置成功，那其他线程都无法再设置。
GETSET：GETSET key value，返回旧值，并将新的值设置进去。这个的作用后面会讲到。

锁实现以及超时设计

加锁方式很简单，在线程中对redis发送一个命令:

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

　

线程A调用setnx命令，设置key为lock.foo（所有线程要用同样的key，否则就不是一个锁了），值为current Unix time + lock timeout + 1，即当前时间加上加锁时长，最终的值也就是过期时间。如果A对锁的持有结束，则可自行调用del lock.foo来释放锁。

A持有锁的过程中线程B在调用命令SETNX lock.foo,会得到返回值0，这说明这个锁已经被其他线程获取，这时B应该去获取lock.foo的值，看看是否小于当前时间，如果大于则锁未过期，B需要继续循环等待检查或者做其他操作；如果小于则锁已过期，B可以用del lock.foo方法去删除锁，然后在SETNX lock.foo 来获取锁。

这样就完成了分布式锁的最基本的模型，并且避免了因A线程挂掉无法释放锁而导致的死锁问题。

存在的问题

上一节的实现看上去大致还是那么回事，成功的加上锁了，还引入了超时机制。不过，GETSET还没用呢，这肯定还没完呢。请看以下场景：

A获取到了锁，但是挂掉了；

B和C都检测到A的锁超时；

B发出del lock.foo指令，删除A的锁，再setnx，获取到了锁；

C也发出del lock.foo指令，此时删除的是B的锁，然后再setnx，获取到了锁。

这个时候你会发现，B和C同时获取到了锁。这问题就大了去了。

为了解决这个问题，GETSET就起到他自己的作用了。下面用修正后的方法来重新描述一下上面的场景：

A获取到了锁，但是挂掉了；

B和C都检测到A的锁超时；

此时B不会执行del操作，而是执行：

GETSET lock.foo <current Unix timestamp + lock timeout + 1>

这个命令会给lock.foo设置新值，然后获取到老的value。这个时候B会对老的value进行检测，如果value大于当前时间，则说明这个锁已经被其他线程再次获取了，那B就会继续
等待，而不是获取锁。如果value小于当前时间，那B就可以获取到锁。

假设C获取到锁，然后B又再次调用GETSET方法，那也不会对C持有锁造成影响，不过确实会将超时时间延长一些。但是出现这个情况肯定是B和C都在之前检测到了锁超时，说明这两个线程对锁的访问肯定较为接近，所以这里如果要求不是太严格也可以忽略。

基本原理就这些，代码稍后奉上。