Redis SETNX命令实现分布式锁

分布式锁概念

分布式锁：是指分布式环境下，系统集群部署，实现多进程分布式互斥的一种锁。为了保证多个进程能看到锁，锁被存在公共存储（比如 Redis、Memcache、数据库等三方存储中），以实现多个进程并发访问同一个临界资源，同一时刻只有一个进程可访问共享资源，确保数据的一致性。

相对应的还有本地锁：
进程锁具有局限性，只能在同一个项目（同一个进程）中生效，保证同一时刻只有一个线程可访问共享资源，但是不能控制另一个项目（进程）中的线程。
只能实现一个进程中的多个线程的互斥。

redis setnx命令

命令格式

SETNX key value

将 key 的值设为 value，当且仅当 key 不存在。
若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。
SETNX 是SET if Not eXists的简写。

返回值:
返回整数，具体为

1，当 key 的值被设置
0，当 key 的值没被设置

使用实例

redis> SETNX mykey “hello”
(integer) 1
redis> SETNX mykey “hello”
(integer) 0
redis> GET mykey
“hello”
redis>

使用SETNX实现分布式锁

多个进程执行以下Redis命令：

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

如果 SETNX 返回1，说明该进程获得锁，SETNX将键 lock.foo 的值设置为锁的超时时间（当前时间 + 锁的有效时间）。
如果 SETNX 返回0，说明其他进程已经获得了锁，进程不能进入临界区。进程可以在一个循环中不断地尝试 SETNX 操作，以获得锁。

死锁问题

死锁场景，如果进程获得锁后，断开了与 Redis 的连接（可能是进程挂掉，或者网络中断），如果没有有效的释放锁的机制，那么其他进程都会处于一直等待的状态，即出现“死锁”。

上面在使用 SETNX 获得锁时，我们将键 lock.foo 的值设置为锁的有效时间，进程获得锁后，其他进程还会不断的检测锁是否已超时，如果超时，那么等待的进程也将有机会获得锁。

然而，锁超时时，我们不能简单地使用 DEL 命令删除键 lock.foo 以释放锁。考虑以下情况，进程P1已经首先获得了锁 lock.foo，然后进程P1挂掉了。进程P2，P3正在不断地检测锁是否已释放或者已超时。在检测到锁超时后，进程不能直接简单地执行 DEL 删除键的操作以获得锁。

为了解决上述算法可能出现的多个进程同时获得锁的问题，我们再来看以下的算法。
我们同样假设进程P1已经首先获得了锁 lock.foo，然后进程P1挂掉了。接下来的情况：

1、进程P4执行 SETNX lock.foo 以尝试获取锁
2、由于进程P1已获得了锁，所以P4执行 SETNX lock.foo 返回0，即获取锁失败
3、P4执行 GET lock.foo 来检测锁是否已超时，如果没超时，则等待一段时间，再次检测
4、如果P4检测到锁已超时，即当前的时间大于键 lock.foo 的值，P4会执行以下操作

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

5、由于 GETSET 操作在设置键的值的同时，还会返回键的旧值，通过比较键 lock.foo 的旧值是否小于当前时间，可以判断进程是否已获得锁
6、假如另一个进程P5也检测到锁已超时，并在P4之前执行了 GETSET 操作，那么P4的 GETSET 操作返回的是一个大于当前时间的时间戳，这样P4就不会获得锁而继续等待。注意到，即使P4接下来将键 lock.foo 的值设置了比P5设置的更大的值也没影响。

值得注意的是，在进程释放锁，即执行 DEL lock.foo 操作前，需要先判断锁是否已超时。如果锁已超时，那么锁可能已由其他进程获得，这时直接执行 DEL lock.foo 操作会导致把其他进程已获得的锁释放掉。

python代码实例

LOCK_TIMEOUT = 3
lock = 0
lock_timeout = 0
lock_key = 'lock.foo'

# 获取锁
while lock != 1:
  now = int(time.time())
  lock_timeout = now + LOCK_TIMEOUT + 1
  lock = redis_client.setnx(lock_key, lock_timeout)
  if lock == 1 or (now > int(redis_client.get(lock_key))) and now > int(redis_client.getset(lock_key, lock_timeout)):
    break
  else:
    time.sleep(0.001)
# 已获得锁
do_job()

# 释放锁
now = int(time.time())
if now < lock_timeout:
  redis_client.delete(lock_key)

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