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PHP与Redis实现分布式锁(原理,作用,实现)

01-09 PHP专题 php自学中心


一、什么是分布式锁
要介绍分布式锁,首先我们先来看看与分布式锁相对应的是线程锁、进程锁。
线程锁: 大家都不陌生,主要用来给方法、代码块加锁。当某个方法或者代码块使用锁时,那么在同一时刻至多仅有有一个线程在执行该段代码。当有多个线程访问同一对象的加锁方法/代码块时,同一时间只有一个线程在执行,其余线程必须要等待当前线程执行完之后才能执行该代码段。但是,其余线程是可以访问该对象中的非加锁代码块的。

进程锁:也是为了控制同一操作系统中多个进程访问一个共享资源,只是因为程序的独立性,各个进程是无法控制其他进程对资源的访问的,但是可以使用本地系统的信号量控制(操作系统基本知识)。

分布式锁:当多个进程不在同一个系统之中时,使用分布式锁控制多个进程对资源的访问。

二、Redis的NX后缀命令
Redis有一系列的命令,其特点是以NX结尾,NX的意思可以理解为 NOT EXISTS(不存在),SETNX命令 (SET IF NOT EXISTS) 可以理解为如果不存在则插入,Redis分布式锁的实现主要就是使用SETNX命令。

三、分布式锁的使用场景
比如:一些不是很重要的场景,比如“监控数据持续上报”,某一篇文章的“已读/未读”标识位更新,对于同一个id,如果并发的请求同时到达,只要有一个请求处理成功,就算成功。

比如:一个订单,客户正在前台修改地址,管理员在后台同时修改备注。地址和备注字段的修改,都必须正确更新,这二个请求同时到达的话,如果不借助db的事务,很容易造成行锁竞争,但用事务的话,db的性能显然比不上redis轻量。

解决思路:A,B二个请求,谁先抢到分布式锁(假设A先抢到锁),谁先处理,抢不到的那个(即:B),在一旁不停等待重试,重试期间一旦发现获取锁成功,即表示A已经处理完,把锁释放了。这时B就可以继续处理了。

但有二点要注意:
a、需要设置等待重试的最长时间,否则如果A处理过程中有bug,一直卡死,或者未能正确释放锁,B就一直会等待重试,但是又永远拿不到锁。
b、等待最长时间,必须小于锁的过期时间。否则,假设锁2秒过期自动释放,但是A还没处理完(即:A的处理时间大于2秒),这时锁会因为redis key过期“提前”误释放,B重试时拿到锁,造成A,B同时处理。(注:可能有同学会说,不设置锁的过期时间,不就完了么?理论上讲,确实可以这么做,但是如果业务代码有bug,导致处理完后没有unlock,或者根本忘记了unlock,分布式锁就会一直无法释放。所以综合考虑,给分布式锁加一个“保底”的过期时间,让其始终有机会自动释放,更为靠谱)

四、Redis分布式锁的实现与原理
分布式锁实现的关键是在分布式的应用服务器外,搭建一个存储服务器,存储锁信息,这时候我们很容易就想到了Redis。首先我们要搭建一个Redis服务器,用Redis服务器来存储锁信息。

在实现的时候要注意的几个关键点:
1、锁信息必须是会过期超时的,不能让一个线程长期占有一个锁而导致死锁;
2、同一时刻只能有一个线程获取到锁。

几个要用到的redis命令:
setnx(key, value):“set if not exits”,若该key-value不存在,则成功加入缓存并且返回1,否则返回0。
get(key):获得key对应的value值,若不存在则返回nil。
getset(key, value):先获取key对应的value值,若不存在则返回nil,然后将旧的value更新为新的value。
expire(key, seconds):设置key-value的有效期为seconds秒。

看一下流程图:



下面来看一下具体实现的代码

用$redis->setnx() 设置锁

<?php
$expire = 10;//有效期10秒
$key = 'lock';//key
$value = time() + $expire;//锁的值 = Unix时间戳 + 锁的有效期
$lock = $redis->setnx($key, $value);

//判断是否上锁成功,成功则执行下步操作
if(!empty($lock))
{
	//业务逻辑的一些操作
}else{

	//上锁不成功,抛出异常
}
如果返回 1 ,则表示当前进程获得锁,并获得了当前插入/更新缓存的操作权限。
如果返回 0,表示锁已被其他进程获取,这是进程可以返回结果或者等待当前锁失效再请求。

解决死锁
如果只用SETNX命令设置锁的话,如果当持有锁的进程崩溃或删除锁失败时,其他进程将无法获取到锁,问题就大了。
解决方法是在获取锁失败的同时获取锁的值,并将值与当前时间进行对比,如果值小于当前时间说明锁以过期失效,进程可运用Redis的DEL命令删除该锁。

但是,简单粗暴的用DEL命令删除锁再SETNX命令上锁也会出现问题。比如,进程1获得锁后崩溃或删除锁失败,这时进程2检测到锁存在当已过期,用DEL命令删除锁并用SETNX命令设置锁,进程3也检测到锁过期,也用DEL命令删除锁也用SETNX命令设置了锁,这时进程2和进程3同时获得了锁。问题大了!

为了解决这个问题,这里用到了Redis的GETSET命令,GETSET命令在给锁设置新值的同时返回锁的旧值,这里利用了GETSET命令同时获取和赋值的特性,在此期间其他进程无法修改锁的值。

例如:
进程1获得锁后操作超时/崩溃/删除锁失败,
进程2检测到锁已存在,但获取锁的值对比当前时间发现锁已过期,
进程2通过GETSET命令重新给锁赋予新的值,并获取到的锁的旧值,再次对比锁的旧值与当前时间,如果锁的旧值依然小于当前时间的话,这时进程2就可以忽略进程1余留下的废锁进行下步操作了。

进程2完成下步操作后返回前应该删除锁,但在删除锁时可以先检测锁是否还未过期,未过期才做删除操作,已过期的就没必要在去删除锁了,因为很有可能其他进程检测到锁过期时已经去获取锁了。

这里要说明的是,如果有其他进程在进程2之前获取到锁,那么进程2将获取锁失败,但是进程2在用GETSET获取锁的旧值时也赋予了锁新的值,改写了其他进程赋予锁的超时值。看到这大家可能会有疑问了,进程2没获取到锁怎么能改变锁的值呢?是的,进程2改变了锁的原有值,但这一点小小的时间误差带来的影响是可以忽略。

以下是Redis实现分布式锁的完整PHP代码:
<?php

get($key);
//判断缓存中是否有数据
if(empty($result)){
$status = TRUE;
while ($status){

//设置锁值为当前时间戳 + 有效期
$lockValue = time() + $lockExpire;

/**
* 创建锁
* 试图以$lockKey为key创建一个缓存,value值为当前时间戳
* 由于setnx()函数只有在不存在当前key的缓存时才会创建成功
* 所以,用此函数就可以判断当前执行的操作是否已经有其他进程在执行了
* @var [type]
*/
$lock = $redis->setnx($lockKey, $lockValue);

/**
* 满足两个条件中的一个即可进行操作
* 1、上面一步创建锁成功;
* 2、  1)判断锁的值(时间戳)是否小于当前时间$redis->get()
*      2)同时给锁设置新值成功 $redis->getset()
*/
if(!empty($lock) || ($redis->get($lockKey) < time() && $redis->getSet($lockKey, $lockValue) < time())){

    //给锁设置生存时间
    $redis->expire($lockKey, $lockExpire);

    //******************************
    //此处执行插入、更新缓存操作...


    //******************************

    //以上程序走完删除锁
    //检测锁是否过期,过期锁没必要删除
    if($redis->ttl($lockKey)){
         $redis->del($lockKey);
         $status = FALSE;

    }else{

         /**
		  * 如果存在有效锁这里做相应处理
		  * 等待当前操作完成再执行此次请求
		  * 直接返回
		  */
		  sleep(2);//等待2秒后再尝试执行操作

        }

    }

}

以上是本文的全部内容,希望对大家的学习有帮助,也希望大家多多支持 php自学中心 感谢阅读!