周四埋下的坑，周五来恶补！！ Redisson 加锁、锁自动续期、解锁源码分析

宁在春
2,282 阅读10分钟

持续创作，加速成长！这是我参与「掘金日新计划 · 10 月更文挑战」的第5天，点击查看活动详情 

上一篇文章：用万字长文来讲讲本地锁至分布式锁的演进和Redis实现

在上一篇中挖了这个坑，今天就来把它填上哈~ ? 昨天聊到了Redisson实现了锁的自动续期，但是就简单提了一嘴就完事了。

今天就来多说一点点里面的实现和一些使用，它和我们自己的实现相比又如何。

文章大纲：

第一部分说了 Redisson简单使用

第二部分才是说Redisson底层源码如何实现分布式锁

1、 如何加锁

2、 如何实现锁自动续期，靠什么实现的？

3、 如何实现解锁

一、Redisson 简单使用

在 SpringBoot 中，因为自动装配的存在，使用某个封装好的轮子，就那么几步~

  • 导包
  • 编写配置
  • 编写xxxConfig
  • 准备开始使用它

1.1、导包

Redisson 也不例外

 <dependency>
     <groupId>org.springframework.boot</groupId>
     <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
 </dependency>
 ​
 <dependency>
     <groupId>org.redisson</groupId>
     <artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
     <version>3.17.6</version>
 </dependency>

1.2、配置

这里的配置就是Redis的配置

 spring:
   redis:
     host: IP地址
     password: xxxx

1.3、编写配置类

那些什么最大连接数，连接超时等等就没配了，偷个懒~

 @Configuration
 public class MyRedissonConfig {
 ​
     /**
      * 所有对Redisson的使用都是通过RedissonClient
      * @return
      * @throws IOException
      */
     @Bean(destroyMethod="shutdown")
     public RedissonClient redissonClient() throws IOException {
         //1、创建配置
         Config config = new Config();
         config.useSingleServer().setAddress("redis://4IP地址:6379").setPassword("xxxx");
 //       config.setLockWatchdogTimeout();
         //2、根据Config创建出RedissonClient实例
         //Redis url should start with redis:// or rediss://
         RedissonClient redissonClient = Redisson.create(config);
         return redissonClient;
     }
 }

注意：这里面的setAddress()中的地址必须以redis://开头~

另外我这里只是设置了这么几个属性，很多我没去写了而已，不是它不能设置哈。

image.png

就比如修改锁自动需求的默认时间，就是

config.setLockWatchdogTimeout(); 锁自动续期默认时间是30s，这是可以被修改的。

其他的还需靠大家自己探索啦~

1.4、简单上手

最直接的使用：

 @RunWith(SpringRunner.class)
 @SpringBootTest(classes = {主启动类.class})
 public class RedisTest {
 ​
     @Autowired
     private RedissonClient redissonClient;
 ​
     @Test
     public void testRedisson() {
         // 获取锁实例
         RLock lock = redissonClient.getLock("redisson:lock");
         try {
             lock.lock();
             //执行需要加锁的业务~ 
         } finally {
             lock.unlock();
         }
     }
 }

这个lock()方法，它是可以填写参数，也可以不填的，

 public void lock()   
 public void lock(long leaseTime, TimeUnit unit)

不填写参数，Redisson它帮助我们实现了锁的自动续期，

如果我们自己填写了锁的时间，Redisson则不会帮我们实现锁的自动续期。

这一点在后面分析源码的有详细的说明。

另外Redisson它作为分布式锁的实现，更好的方便Java开发者，它实现了Java中JUC包下的诸多接口，可以说使用起来完全没啥学习成本~

比如JUC下的读写锁，

 @Test
 public void testRedissonReadAndWriteLock() {
     RReadWriteLock readWriteLock = redissonClient.getReadWriteLock("redisson:lock");= redissonClient.getReadWriteLock("redisson:lock");
     // 获取写锁
     RLock writeLock = readWriteLock.writeLock();
     // 获取读锁
     RLock readLock = readWriteLock.readLock();
     try {
         //上锁
         writeLock.lock();
         // 这种方式，使用我们自己定义的
         writeLock.lock(10,TimeUnit.SECONDS);
         //执行需要加锁的业务~
     } finally {
         writeLock.unlock();
     }
 }

还有信号量RSemaphore semaphore = redissonClient.getSemaphore("semaphore");

更有其他的不少：

image.png

详细的案例，其实在它的文档中都有说明的，有中文版本的，很简单的~

官方文档

这些该如何使用，其实就和用JUC下面的工具一样，懂了那一块的知识，就知道这里该如何使用啦，不懂的话，我说了也还是一样的哈哈~

让我偷个懒，可以去学一学JUC，蛮好玩的~

二、锁自动续期源码-看门狗机制分析

在分析之前，我们先把上一篇中分布式锁演进过程中所产生的问题都一一抛出来，之后再针对性的看看 Redisson 它又是如何解决的。

2.1、分布式锁演进的问题

为了方便其余没有看过看一篇文章的朋友，我把分布式锁中存在的几个问题，递推式的抽离出来了。

我们都知道要正确使用分布式锁，一定要注意原子性操作、死锁问题和被他人释放锁的问题和锁是否需要自动续期问题。

  1. 死锁问题：说的是锁没有被动过期时间，即拿到了锁，但是在执行业务过程中，程序崩溃了，锁没有被正常释放，导致其他线程无法获取到锁，从而产生死锁问题。

    之前的解决方式：set nx ex命令

  2. 锁被其他人释放问题：第一条线程抢到锁，业务执行超时，第一条线程所持有的锁被自动释放；此时第二条线程拿到锁，准备执行业务，刚好第一条线程业务执行完成，照常执行了释放锁的过程，导致第二条线程持有的锁被第一条线程所释放，锁被其他人释放。

    之前的解决方式：给锁一个唯一值（UUID），每次解锁前进行判断

  3. 原子性操作：原子性的意思就是要么都成功，要么都失败。像我们获取锁，设定值和设定时间是两步操作，让他们变成原子性操作就是设定值和设定时间成为一体，一起成功或者一起失败。另外解锁操作的获取锁，判断锁是否为当前线程所拥有，也必须是一个原子性操作。

    之前的解决方式：利用Redis中的lua脚本实现。

  4. 锁自动续期问题：这个就是利用了我们今天的Redisson来实现的。

2.2、分析的开端

我们就以最简单的流程

 @Test
 public void testRedisson() {
     RLock lock = redissonClient.getLock("redisson:lock");
     try {
         lock.lock();
         //执行需要加锁的业务~
     } finally {
         lock.unlock();
     }
 }

来分析以下几个问题：

  1. Redisson 是如何实现加锁的
  2. Redisson 是如何实现锁自动续期的
  3. Redisson 是如何解锁的

以及在这个过程中，去看看 Redisson它是如何解决我们之前出现的问题的。

顺着看下去~

 RLock lock = redissonClient.getLock("redisson:lock");
 lock.lock();

看似加锁操作只调用了一个lock()方法，但实际上流程走的可多了~

不多说，直接在Idea中点击跳转到RedissonLock中的类中

image.png

image.png

补充说明：这下面还有一些实现自旋的操作，就是写了一个while(true)来实现等待获取锁的代码，没有继续往下分析了。中间还有一些判断锁是否可以被打断、订阅和退订等操作，没有去仔细研究啦，大家感兴趣可以再往下多看看。

接着往下走👇

image.png

image.png

2.3、Redisson 如何实现加锁-tryLockInnerAsync()

漏分析了一步，不是从scheduleExpirationRenewal(threadId)前进到下一步，这说的是锁续期问题~

忘记说加锁啦~ 加锁就是tryLockInnerAsync()方法

点进去看看~

image.png

补充说明：

在这里可以看到几个方面：Redisson底层也是使用Lua脚本来实现的，这段 lua 脚本分为三个部分：

  1. 第一部分：加锁

    首先用 exists 判断了 KEYS[1] （即 redisson:lock）是否存在。 如果不存在，则进入第 5 行，使用 hincrby 命令创建一个新的哈希表，如果域field不存在，那么在执行命令前会被初始化为0，此命令的返回值就是执行hincrby命令后，哈希表key中域field的值，此时进行increment，也就是返回1，之后进入第6行，对KEY[1]设置过期时间，30000ms然后返回nil。

  2. 第二部分：重入

    首先判断KEY[1]是否存在，因为KEY[1]是一个hash结构，所以13行意思是获取这个KEYS[1]中字段为ARGV[2]也就是UUID：thredId这个值是否存在。

    如果存在进入14行代码对其进行加1操作(锁重入) 然后进入15行重新设置过期时间30s 然后返回nil

  3. 第三部分：返回：作用就是返回 KEY[1] 的剩余存活时间

此处的getRawName()方法就是我们获取到我们设定的锁名。如此处就是获取到Redisson:lock

getLockName(threadId)就是获取一个UUID:threadId的字符

串。

image.png

至于说此处的UUID，是如何来的，我稍微浅看了一下，这是初始化的时候给每个连接管理器都传了一个UUID的类，更具体的使用，没去追啦。

咱们知道这是 Redisson 也是采取一样的方式，它的值也是存了一个UUID，这点同样也可以在连接工具上查看到的。

image.png

看到这里就已经可以看出Redisson已经解决我们昨天出现的全部问题了。

首先是加锁操作的原子性是满足的了，因为 Redisson使用的Lua脚本将设置值和设置时间的操作变为一步；其次是之前的锁被其他人释放的问题，在这里Redisson也采用了唯一key值UUID来解决此问题。

那么剩下的就只有锁续期问题了，我们接着往下看👇

2.4、Redisson 如何实现锁续期

从这个scheduleExpirationRenewal(threadId);方法开始继续往下探索~

image.png

image.png

image.png

我们回过头来接着看 续期方法renewExpiration()

看它底层是如何实现的。

image.png

可以从这段代码中很明显的看出，是启动了一个定时任务，该任务每 internalLockLeaseTime/3ms 后执行一次。而 internalLockLeaseTime默认为 30000。所以该任务每 10s 执行一次。

renewExpirationAsync(long threadId)方法，就是实现锁重新续期的lua脚本的执行

image.png

上面的定时任务在不修改看门狗的默认时间时，就是每10s执行一次，意思就是每次在锁还剩下20s时，就会执行这段重新续期的代码，让锁重新续期到30s。

不知道说到这里，大伙有听懂吗~

2.5、Redisson 如何实现解锁操作

其实看懂了Redisson是如何加锁的，其实看这解锁操作也是特别容易的。

不过我们这次要回到开始分析的地方去啦。

image.png

image.png

看的出来，解锁操作并不复杂，我们先去看看unlockInnerAsync(threadId);方法吧。

image.png

其实看完加锁，再看这个其实都能理解啦吧

  • 首先判断KEYS[1]是否存在
  • 存在将值减1，如果counter还大于0，就重新设置过期时间30000ms，否则就删除操作
  • redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]);同时发布了一个事件，这个是干嘛的？是去通知正在等待获取锁其他的线程们，可以使用这把锁了。

image.png

另外cancelExpirationRenewal(threadId);方法就是一些取消和删除操作。

image.png

总结

Redisson 相比较我们自己的实现如何？

首先可以说的是，这个轮子考虑的比我们周到的多，在上篇说的各种问题都是解决了的。

在各种加锁或者解锁操作上都实现了原子性~

几个点：

  1. 在使用 Redisson 获取锁的过程，你主动设定了锁的过期时间，`Redisson 将不会开启看门狗机制。
  2. Redisson 在 Redis 中保存的结构是一个 Hash的数据结构，key 的名称是我们的锁名称，如案例中使用的 redisson:lock，存储的字段名称为 UUID：threadId，值的话就是 1。
  3. 结构如下图：
  4. Redisson实现锁自动续期的底层是开启了一个线程，异步的执行定时任务，在锁还剩下20s，自动续期为30s，此定时任务是采用Netty框架中的时间轮算法实现。

image.png 今天就看到这里啦，周四挖的坑，周五熬夜终于写出来了。

后记

不知道这篇文章有没有帮助到你，希望看完的你，对于Redisson已经没有那么恐惧~，当然它其实也不难。

如果觉得有收获的话，记得点点赞，给我来个关注吧~ 😁

yijiansanlian.webp

写于 2022 年 10 月 21 日晚，作者：宁在春

今天是好累的一天啊~

avatar
文章
阅读
粉丝
相关推荐
Redisson分布式锁（一）RedissonLock.tryLock源码分析
497阅读
 · 
2点赞
Redis 实现限流的三种方式
7.5k阅读
 · 
10点赞
Redission对接口调用频次进行限流
457阅读
 · 
0点赞
SpringBoot如何一分钟集成Caffeine？
4.1k阅读
 · 
3点赞
Redis布隆过滤器原理与实践
5.2k阅读
 · 
5点赞