Redis 分布式锁如何保证同一时间只有一个客户端持有锁

一、核心原理

Redis 通过 原子性操作 和 唯一标识 来保证同一时间只有一个客户端持有锁。

关键点：

1. 原子性：加锁操作必须是不可分割的，一次执行完成，不能被其他命令插入。
2. 唯一性：锁的 value 必须能唯一标识持有者（通常是 UUID + 线程 ID）。
3. 互斥性：只有当锁不存在时才能加锁，防止多个客户端同时持有。

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二、加锁流程（保证互斥的关键步骤）

1. 使用 SET NX EX

SET lock_key unique_value NX EX expire_time

• NX（Not eXists）：只有当 lock_key 不存在时才设置成功
• EX expire_time：设置过期时间，防止死锁
• unique_value：唯一标识锁持有者

原子性保证：

• Redis 是单线程执行命令的，SET NX EX 是一个单条命令，在执行过程中不会被其他命令打断
• 这意味着多个客户端同时执行加锁命令时，Redis 会按顺序处理，只有第一个执行的客户端能成功

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2. 成功与失败的判断

• 成功 → 返回 "OK"，表示当前客户端持有锁
• 失败 → 返回 null，表示锁已被其他客户端持有

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3. 释放锁时的安全性

释放锁必须保证只能删除自己加的锁：

if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call("del", KEYS[1]) else return 0 end

• 先判断锁的 value 是否等于当前客户端的唯一标识
• 如果相等 → 删除锁
• 如果不相等 → 不删除（防止误删其他客户端的锁）

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三、底层机制保证互斥性

1. Redis 单线程模型

   • Redis 处理命令是单线程的，命令之间不会并发执行
   • 多个客户端同时请求加锁时，Redis 会按顺序处理，只有第一个满足条件的请求能成功

2. SET NX EX 的原子性

   • SET 命令带 NX 和 EX 参数时，是一个原子操作
   • 不会出现“先判断再设置”这种可能被其他命令插入的情况

3. 唯一标识防误删

   • 即使锁过期被其他客户端抢到，旧客户端也无法删除新客户端的锁，因为 value 不匹配

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四、边界情况与优化

1. 锁过期导致并发

• 如果业务执行时间超过锁的过期时间，锁会提前释放，其他客户端可能加锁成功，导致多个客户端同时执行临界区代码
• 优化：使用自动续期（Watchdog）机制，在锁快过期时延长过期时间

2. Redis 主从延迟

• 如果使用 Redis 主从架构，主节点加锁成功，但从节点延迟同步，可能导致其他客户端在从节点加锁成功
• 优化：使用 RedLock 算法，在多个独立 Redis 节点加锁，必须多数节点成功才算加锁成功

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五、面试回答示例

Redis 分布式锁通过 SET key value NX EX expire_time 保证同一时间只有一个客户端持有锁。
其中 NX 保证只有当锁不存在时才能加锁，EX 设置过期时间防止死锁，value 用唯一标识防止误删。
Redis 是单线程执行命令的，SET NX EX 是原子操作，多个客户端同时加锁时，只有第一个执行的客户端能成功。
释放锁时用 Lua 脚本判断 value 是否匹配，保证只能删除自己加的锁。
如果业务执行时间可能超过锁的过期时间，可以用自动续期机制避免锁提前释放。

Java 代码示例：Redis 分布式锁应用

import redis.clients.jedis.Jedis;
import java.util.Collections;
import java.util.UUID;public class RedisDistributedLockExample {// Redis 连接信息private static final String REDIS_HOST = "127.0.0.1";private static final int REDIS_PORT = 6379;// 锁的 keyprivate static final String LOCK_KEY = "my_distributed_lock";// 锁的过期时间（秒）private static final int EXPIRE_TIME = 10;// Jedis 客户端private Jedis jedis;public RedisDistributedLockExample() {this.jedis = new Jedis(REDIS_HOST, REDIS_PORT);}/*** 尝试获取分布式锁* @param lockValue 锁的唯一标识（UUID）* @return 是否加锁成功*/public boolean tryLock(String lockValue) {String result = jedis.set(LOCK_KEY, lockValue, "NX", "EX", EXPIRE_TIME);return "OK".equals(result);}/*** 释放分布式锁（Lua 脚本保证原子性）* @param lockValue 锁的唯一标识* @return 是否释放成功*/public boolean unlock(String lockValue) {String luaScript ="if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +"   return redis.call('del', KEYS[1]) " +"else " +"   return 0 " +"end";Object result = jedis.eval(luaScript,Collections.singletonList(LOCK_KEY),Collections.singletonList(lockValue));return Long.valueOf(1).equals(result);}/*** 模拟业务逻辑*/public void doBusiness() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在执行业务逻辑...");try {Thread.sleep(5000); // 模拟耗时操作} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 业务逻辑执行完成");}public static void main(String[] args) {RedisDistributedLockExample lockExample = new RedisDistributedLockExample();// 每个线程使用不同的锁标识String lockValue = UUID.randomUUID().toString();if (lockExample.tryLock(lockValue)) {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取锁成功");lockExample.doBusiness();} finally {if (lockExample.unlock(lockValue)) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放锁成功");} else {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放锁失败（可能锁已过期或被其他线程持有）");}}} else {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取锁失败，稍后重试");}}
}

代码说明

1. 加锁

   • 使用 SET key value NX EX expire_time 保证原子性
   • NX：只有当 key 不存在时才设置成功
   • EX：设置过期时间，防止死锁
   • value：唯一标识锁持有者（UUID）

2. 释放锁

   • 使用 Lua 脚本保证判断 + 删除的原子性
   • 只有锁的持有者才能删除锁，防止误删

3. 业务逻辑

   • 在持有锁的情况下执行，确保同一时间只有一个线程执行临界区代码