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【Java后端】【可直接落地的 Redis 分布式锁实现】

news 2025/8/23 8:32:38

可直接落地的 Redis 分布式锁实现：包含最小可用版、生产可用版（带 Lua 原子解锁、续期“看门狗”、自旋等待、可重入）、以及基于注解+AOP 的无侵入用法，最后还给出 Redisson 方案对比与踩坑清单。

一、设计目标与约束

  • 获取锁：SET key value NX PX ttl（原子、带过期）
  • 释放锁：Lua 校验 value（token）后再 DEL，避免误删他人锁
  • 等待策略：可设置总体等待时长 + 抖动退避，避免惊群
  • 续期（看门狗）：长耗时任务自动延长锁过期，避免任务未完成锁先过期
  • 可重入：同一线程/请求二次进入同一锁，计数 +1，退出时计数 -1
  • 可观测性：日志、指标（命中/失败/续期次数等）

二、最小可用实现（入门示例）

// MinimalLockService.java
@Service
public class MinimalLockService {private final StringRedisTemplate redis;public MinimalLockService(StringRedisTemplate redis) {this.redis = redis;}/** 获取锁，返回 token（uuid），失败返回 null */public String tryLock(String key, long ttlMs) {String token = UUID.randomUUID().toString();Boolean ok = redis.opsForValue().setIfAbsent(key, token, Duration.ofMillis(ttlMs));return Boolean.TRUE.equals(ok) ? token : null;}/** 释放锁（Lua）：只有持有相同 token 才能删除锁 */public boolean unlock(String key, String token) {String script = """if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call('del', KEYS[1])elsereturn 0end""";Long res = redis.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class), List.of(key), token);return res != null && res > 0;}
}

适合“单次短任务、不等待”的场景；生产建议使用下文增强版。

三、生产可用锁客户端（可重入 + 等待 + 续期）

1）核心实现

// RedisDistributedLock.java
@Component
public class RedisDistributedLock implements InitializingBean, DisposableBean {private final StringRedisTemplate redis;private final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);private final DefaultRedisScript<Long> unlockScript = new DefaultRedisScript<>();private final DefaultRedisScript<Long> renewScript  = new DefaultRedisScript<>();// 线程内可重入计数：key -> (token, count)private final ThreadLocal<Map<String, ReentryState>> reentry = ThreadLocal.withInitial(HashMap::new);public RedisDistributedLock(StringRedisTemplate redis) {this.redis = redis;}@Override public void afterPropertiesSet() {unlockScript.setResultType(Long.class);unlockScript.setScriptText("""if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call('del', KEYS[1])elsereturn 0end""");renewScript.setResultType(Long.class);renewScript.setScriptText("""if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2])elsereturn 0end""");}@Override public void destroy() { scheduler.shutdownNow(); }public static class LockHandle implements AutoCloseable {private final RedisDistributedLock client;private final String key;private final String token;private final long ttlMs;private final ScheduledFuture<?> watchdogTask;private boolean closed = false;private LockHandle(RedisDistributedLock c, String key, String token, long ttlMs, ScheduledFuture<?> task) {this.client = c; this.key = key; this.token = token; this.ttlMs = ttlMs; this.watchdogTask = task;}@Override public void close() {if (closed) return;closed = true;if (watchdogTask != null) watchdogTask.cancel(false);client.release(key, token);}public String key() { return key; }public String token() { return token; }}private record ReentryState(String token, AtomicInteger count) {}/** 尝试在 waitMs 内获取锁；持有 ttlMs；支持可重入与退避等待；启用自动续期（watchdog=true） */public Optional<LockHandle> acquire(String key, long ttlMs, long waitMs, boolean watchdog) {Map<String, ReentryState> map = reentry.get();// 可重入：当前线程已持有同一 keyif (map.containsKey(key)) {map.get(key).count().incrementAndGet();return Optional.of(new LockHandle(this, key, map.get(key).token(), ttlMs, null));}final String token = UUID.randomUUID().toString();final long deadline = System.nanoTime() + TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(waitMs);while (true) {Boolean ok = redis.opsForValue().setIfAbsent(key, token, Duration.ofMillis(ttlMs));if (Boolean.TRUE.equals(ok)) {map.put(key, new ReentryState(token, new AtomicInteger(1)));ScheduledFuture<?> task = null;if (watchdog) {// 续期间隔：ttl 的 1/2（保守 <= 2/3 均可）long interval = Math.max(500, ttlMs / 2);task = scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> renew(key, token, ttlMs),interval, interval, TimeUnit.MILLISECONDS);}return Optional.of(new LockHandle(this, key, token, ttlMs, task));}if (System.nanoTime() > deadline) break;// 抖动退避：50~150mstry { Thread.sleep(50 + ThreadLocalRandom.current().nextInt(100)); }catch (InterruptedException ie) { Thread.currentThread().interrupt(); break; }}return Optional.empty();}private void renew(String key, String token, long ttlMs) {try {Long r = redis.execute(renewScript, List.of(key), token, String.valueOf(ttlMs));// 失败说明锁已不在或被他人占有，停止续期} catch (Exception ignore) {}}private void release(String key, String token) {Map<String, ReentryState> map = reentry.get();ReentryState state = map.get(key);if (state == null) return; // 非当前线程，无操作（幂等）if (state.count().decrementAndGet() > 0) return; // 仍有重入层级map.remove(key);try {redis.execute(unlockScript, List.of(key), token);} catch (Exception e) {// 记录日志/指标}}
}

2）使用范例（try-with-resources 自动释放）

@Service
public class OrderService {private final RedisDistributedLock lock;public OrderService(RedisDistributedLock lock) { this.lock = lock; }public void deductStock(String skuId) {String key = "lock:stock:" + skuId;Optional<RedisDistributedLock.LockHandle> h =lock.acquire(key, /*ttlMs*/ 10_000, /*waitMs*/ 3_000, /*watchdog*/ true);if (h.isEmpty()) {throw new IllegalStateException("系统繁忙，请稍后重试");}try (RedisDistributedLock.LockHandle ignored = h.get()) {// 业务逻辑：查询库存 -> 校验 -> 扣减 -> 持久化// ...（这里可再次重入同锁，例如调用内部方法）}}
}

四、注解 + AOP：无侵入加锁（支持 SpEL 动态 key）

1）定义注解

// RedisLock.java
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RedisLock {/** 锁名（前缀） */String name();/** 业务 key 的 SpEL，例如 "#skuId" 或 "#req.userId + ':' + #req.orderId" */String key();/** 过期毫秒 */long ttlMs() default 10_000;/** 最长等待毫秒 */long waitMs() default 3_000;/** 是否自动续期 */boolean watchdog() default true;/** 获取失败是否抛异常；false 则直接跳过执行业务 */boolean failFast() default true;
}

2）AOP 切面

// RedisLockAspect.java
@Aspect
@Component
public class RedisLockAspect {private final RedisDistributedLock locker;private final SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();private final ParameterNameDiscoverer nameDiscoverer = new DefaultParameterNameDiscoverer();public RedisLockAspect(RedisDistributedLock locker) { this.locker = locker; }@Around("@annotation(anno)")public Object around(ProceedingJoinPoint pjp, RedisLock anno) throws Throwable {MethodSignature sig = (MethodSignature) pjp.getSignature();Method method = sig.getMethod();String spel = anno.key();EvaluationContext ctx = new StandardEvaluationContext();String[] paramNames = nameDiscoverer.getParameterNames(method);Object[] args = pjp.getArgs();if (paramNames != null) {for (int i = 0; i < paramNames.length; i++) {ctx.setVariable(paramNames[i], args[i]);}}String bizKey = parser.parseExpression(spel).getValue(ctx, String.class);String lockKey = "lock:" + anno.name() + ":" + bizKey;Optional<RedisDistributedLock.LockHandle> h =locker.acquire(lockKey, anno.ttlMs(), anno.waitMs(), anno.watchdog());if (h.isEmpty()) {if (anno.failFast()) {throw new IllegalStateException("并发过高，稍后再试");} else {return null; // 或者返回自定义“占用中”结果}}try (RedisDistributedLock.LockHandle ignored = h.get()) {return pjp.proceed();}}
}

3）业务使用

@Service
public class CheckoutService {@RedisLock(name = "pay", key = "#orderId", ttlMs = 15000, waitMs = 5000)public String pay(Long orderId) {// 幂等校验、扣款、记账、改状态...return "OK";}
}

五、和 Redisson 的取舍

  • 自己实现（本文方案）
    轻量、可控、无第三方依赖；需要你自己维护续期、统计、容错。
  • Redisson
    功能齐全（公平锁、信号量、读写锁、锁续期看门狗、联锁/红锁等），配置简单，实战成熟。
    👉 建议对锁模型复杂、需要多数据结构协作的场景直接上 Redisson。

示例（Redisson）：

<!-- pom -->
<dependency><groupId>org.redisson</groupId><artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId><version>3.38.0</version>
</dependency>

@Autowired private RedissonClient redisson;public void doWork() {RLock lock = redisson.getLock("lock:demo");// 默认看门狗 30s，自动续期if (lock.tryLock(5, 10, TimeUnit.SECONDS)) {try { /* 业务 */ }finally { lock.unlock(); }}
}

六、生产实践与踩坑清单

  1. 务必用 Lua 校验 token 再解锁：防止误删他人锁。
  2. TTL 要合理：不能太短（业务未完成锁已过期），也不能太长（死锁恢复慢）。一般结合看门狗更稳。
  3. 等待 + 退避：避免 CPU 自旋和惊群；可以配合“排队提示”。
  4. 可重入只是“线程内”语义：跨线程/跨进程不可重入，需要更复杂的标识管理；尽量避免跨线程使用同一锁。
  5. 幂等设计：即使拿到锁也可能重复执行（重试、网络抖动）；写操作要有幂等键。
  6. 多节点/主从复制延迟：强一致要求下尽量连接主节点；或降低读从库。
  7. 集群模式 key tag：使用 {} 包裹哈希标签，确保同一键路由到同槽位（适用于 Redisson 等场景）。
  8. 监控指标：加锁成功率、平均等待、续期失败次数、异常堆栈等，配合告警。
  9. 故障演练：kill -9 模拟进程崩溃，验证锁自动过期与业务补偿是否生效。

七、完整配置（参考）

<!-- pom.xml 关键依赖 -->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

# application.yml
spring:redis:host: localhostport: 6379# password: yourpasslettuce:pool:max-active: 8max-idle: 8min-idle: 0

// Redis 序列化（可选，锁用不到复杂序列化，这里保证 key=String 即可）
@Configuration
public class RedisConfig {@Beanpublic StringRedisTemplate stringRedisTemplate(RedisConnectionFactory f) {return new StringRedisTemplate(f);}
}

八、如何验证

  • 并发压测两个请求同时调用 @RedisLock 方法，观察只有一个进入临界区；另一个要么等待成功、要么超时失败。
  • 人为延长业务耗时（Thread.sleep），观察续期是否发生：在 Redis 中 PTTL lock:... 始终大于 0。
  • 杀掉进程：确认锁会在 TTL 到期后自动释放。
http://www.dtcms.com/a/344592.html

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