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Redis分布式锁、Redisson及Redis红锁知识点总结

news 2025/10/18 13:30:54

Redis 分布式锁、Redisson 及 Redis 红锁知识点总结

一、Redis 分布式锁（基础实现）

1. 原理

Redis 分布式锁的核心思想是利用 Redis 的原子操作，在多个服务实例之间抢占一个 “锁标识”，确保同一时间只有一个实例能执行临界区代码。其基础实现依赖以下关键命令：

加锁：使用 SET key value NX EX timeout 命令。其中，NX（Not Exists）表示仅当键不存在时才设置，保证只有一个实例能加锁；EX（Expire）用于设置键的过期时间，避免因服务宕机导致锁无法释放。
解锁：不能直接使用 DEL key 命令（可能误删其他实例的锁），需通过 Lua 脚本实现原子性判断与删除，脚本逻辑为：先判断当前锁的 value 是否与自己持有的一致，一致则删除（解锁），不一致则忽略。
重试机制：加锁失败时，通过循环重试（如自旋或阻塞等待）提高加锁成功率，避免瞬时竞争导致的失败。

2. 优缺点

优点

性能高：Redis 基于内存操作，加锁、解锁响应速度快，支持高并发场景。
实现简单：基础逻辑仅依赖少量 Redis 命令，开发成本低。
轻量级：无需引入额外中间件，适合中小型分布式系统。

缺点

锁过期问题：若临界区代码执行时间超过锁的过期时间，会导致锁提前释放，引发并发安全问题。
单点风险：若 Redis 为单机部署，Redis 宕机后所有服务实例无法加锁，导致分布式锁失效。
非重入性：同一实例多次加锁会失败（无法识别自己已持有的锁），需额外开发重入逻辑。
不可靠的重试：简单自旋重试会消耗 CPU 资源，阻塞等待可能导致线程堆积。

3. 项目中常见问题及解决方案

常见问题	解决方案
锁过期导致并发安全	1. 锁续期：使用定时任务（如每隔锁过期时间的 1/3 执行一次），在临界区代码执行结束前延长锁的过期时间；2. 预估合理过期时间：根据历史业务执行耗时，设置略大于最大耗时的过期时间，避免频繁续期。
单机 Redis 宕机导致锁失效	1. Redis 主从复制 + 哨兵模式：主节点宕机后，哨兵自动将从节点升级为主节点，保证 Redis 服务可用性；2. 注意：主从复制存在延迟，若主节点加锁后未同步到从节点就宕机，可能导致 “锁丢失”，需结合红锁进一步优化。
非重入性导致同一实例多次加锁失败	1. 在锁 value 中存储线程标识：加锁时将 “服务标识 + 线程 ID” 作为 value，解锁前先判断当前线程标识是否与 value 一致，一致则允许再次加锁（并记录重入次数）；2. 直接使用 Redisson（内置重入锁实现）。
重试消耗 CPU 或导致线程堆积	1. 带延迟的自旋重试：加锁失败后休眠一段时间（如 50ms）再重试，减少 CPU 占用；2. 限制重试次数：避免无限重试导致线程阻塞，超过次数则返回加锁失败，由业务层处理。

二、Redisson

Redisson 是基于 Redis 的 Java 客户端，提供了一套完整的分布式锁实现，解决了 Redis 基础分布式锁的诸多痛点（如重入性、锁续期、主从一致性等）。

1. 原理

Redisson 的核心是通过Netty 框架实现异步通信，并封装了多种锁类型（如可重入锁、公平锁、读写锁等），其底层实现逻辑如下：

加锁：调用 RLock.lock() 时，Redisson 先通过 Lua 脚本执行 SET key value NX EX 30s（默认过期时间 30s），同时将 value 设为 “UUID + 线程 ID”；若加锁成功，启动一个定时任务（看门狗），每隔 10s（默认，为过期时间的 1/3）执行一次锁续期（将过期时间重置为 30s），直到调用 unlock() 释放锁。
解锁：调用 RLock.unlock() 时，通过 Lua 脚本先判断 value 是否与当前线程的 “UUID + 线程 ID” 一致：一致则删除锁（若为重入锁，需先递减重入次数，次数为 0 才删除）；不一致则抛出异常（避免误删其他线程的锁）。
主从一致性：Redisson 支持 “主从模式” 和 “红锁模式”，在主从模式下，若主节点宕机，Redisson 会通过 “发布订阅” 机制监听 Redis 节点变化，自动切换到新主节点；红锁模式则通过多节点加锁保证一致性（下文详述）。

2. 优缺点

优点

内置重入锁：无需手动处理重入逻辑，支持同一线程多次加锁。
自动锁续期：看门狗机制自动延长锁过期时间，避免临界区代码执行超时导致锁释放。
丰富的锁类型：除可重入锁外，还提供公平锁（按请求顺序加锁）、读写锁（读多写少场景优化）、联锁（多锁同时加锁成功才生效）等，满足不同业务需求。
高可用性：支持 Redis 主从、哨兵、集群模式，自动处理节点故障切换。
简化开发：封装了底层 Redis 命令和 Lua 脚本，开发者无需关注细节，直接调用 API 即可。

缺点

依赖 Netty：Redisson 基于 Netty 实现异步通信，若项目中已有其他 IO 框架（如 Tomcat），可能存在线程模型冲突（需合理配置线程池）。
额外依赖：需引入 Redisson 依赖包，增加项目依赖复杂度（但相比其带来的便利性，此缺点可接受）。
主从延迟仍有风险：在主从模式下，若主节点加锁后未同步到从节点就宕机，仍可能出现 “锁丢失”（需使用红锁解决）。

3. 项目中常见问题及解决方案

常见问题	解决方案
看门狗导致锁无法释放（如服务宕机）	1. 依赖锁的过期时间：即使看门狗停止，锁到期后仍会自动释放，避免死锁；2. 服务重启后清理残留锁：通过 Redisson 的 `getLock()` 方法获取锁后，判断锁的持有者是否为当前服务（通过 value 中的 UUID），若不是则强制删除（需谨慎，避免误删）。
公平锁导致性能下降	1. 非严格公平场景用可重入锁：公平锁通过队列排队实现，高并发下会增加延迟，非必要场景优先使用可重入锁；2. 调整公平锁等待队列大小：通过 Redisson 配置限制等待队列长度，避免队列堆积。
Netty 线程池与项目线程池冲突	1. 自定义 Redisson 线程池：在 Redisson 配置中指定独立的线程池（如 `Config.setThreads()`），与项目线程池隔离；2. 使用同步 API：若无需异步能力，优先调用 `lock()` 等同步方法，减少 Netty 线程占用。

三、Redis 红锁（Redlock）

Redis 红锁是为解决 “主从复制延迟导致锁丢失” 问题而设计的分布式锁方案，核心思想是 “多节点加锁，超过半数节点加锁成功则视为整体加锁成功”。

1. 原理

红锁的实现依赖多个独立的 Redis 节点（通常 3-5 个，无主从关系），具体步骤如下：

获取当前时间戳：记录加锁开始时间。
逐个节点加锁：对每个 Redis 节点，使用 SET key value NX EX timeout 加锁（timeout 通常设为 50-100ms，避免单个节点阻塞太久）；若某个节点加锁失败（如超时、宕机），直接跳过该节点。
判断加锁结果：计算加锁成功的节点数量，若满足 “成功节点数> 总节点数 / 2”（如 3 个节点需至少 2 个成功，5 个节点需至少 3 个成功），且 “当前时间 - 开始时间 < timeout”（避免总耗时过长导致锁过期），则视为加锁成功。
解锁：对所有节点执行解锁操作（无论加锁是否成功），通过 Lua 脚本删除锁（避免残留锁）。
重试机制：若加锁失败，等待一段时间（如 100-200ms）后重试，减少节点瞬时故障导致的失败。

2. 优缺点

优点

解决主从锁丢失问题：多节点加锁机制，即使部分节点宕机，只要超过半数节点正常，仍能保证锁的有效性，避免主从复制延迟导致的锁丢失。
高可用性：无主从依赖，每个节点独立运行，单个节点故障不影响整体锁服务。

缺点

性能下降：需逐个节点加锁，相比单机 Redis，加锁耗时更长（如 5 个节点，每个加锁耗时 50ms，总耗时可能达 250ms），不适合对延迟敏感的场景。
部署成本高：需维护多个独立 Redis 节点（通常 3-5 个），增加服务器资源和运维成本。
极端场景仍有风险：若多个节点在加锁后同时宕机，且剩余节点数不足半数，可能导致锁失效；或因节点间时间同步偏差，导致加锁结果判断错误。

3. 项目中常见问题及解决方案

常见问题	解决方案
加锁耗时过长影响业务性能	1. 减少节点数量：在安全性要求不极致的场景下，使用 3 个节点而非 5 个，减少加锁总耗时；2. 优化节点网络：将 Redis 节点部署在同一机房或低延迟网络环境，降低单个节点加锁耗时；3. 异步加锁：使用 Redisson 的异步 API（如 `RLock.lockAsync()`），避免阻塞业务线程。
节点时间不同步导致加锁判断错误	1. 开启 NTP 时间同步：所有 Redis 节点和业务服务节点均配置 NTP 服务，保证时间偏差不超过 10ms；2. 延长 timeout 阈值：在计算 “当前时间 - 开始时间” 时，适当放宽 timeout 阈值（如原 50ms 改为 60ms），容忍轻微时间偏差。
部分节点宕机导致加锁成功率低	1. 动态调整节点数：若某节点长期宕机，临时减少总节点数（如从 5 个改为 4 个，成功阈值从 3 个改为 2 个）；2. 节点故障检测：通过监控工具实时检测节点状态，宕机节点及时下线，避免频繁重试无效节点。
部署和运维成本高	1. 使用 Redis 集群替代独立节点：在部分场景下，可利用 Redis 集群的多个分片作为红锁节点，减少独立节点部署数量；2. 自动化运维：通过容器化（如 Docker）和编排工具（如 K8s）管理节点，降低运维成本。

四、三者对比与选型建议

特性	Redis 基础分布式锁	Redisson	Redis 红锁
重入性	不支持（需手动实现）	支持（内置）	支持（需手动或通过 Redisson 实现）
锁续期	不支持（需手动实现）	支持（看门狗）	支持（需手动或通过 Redisson 实现）
主从一致性	不支持（易丢失锁）	支持（主从 + 哨兵）	支持（多节点投票）
性能	高（单机操作）	中（Netty + 主从）	低（多节点操作）
复杂度	低（简单命令）	中（API 封装）	高（多节点管理）
适用场景	小型分布式系统、低并发、对安全性要求不高	中小型到大型分布式系统、多场景锁需求、追求开发效率	大型分布式系统、高安全性要求、容忍一定延迟