Java如何使用 Redis 实现分布式锁

在构建分布式系统时，分布式锁是一个非常关键的组件。今天，我们来聊聊如何在 Redis 中实现分布式锁，尤其是通过 setnx 命令和一些额外措施来确保锁的可靠性。

1. 使用 `setnx` 加过期时间实现分布式锁

首先，我们可以通过 Redis 的 setnx 命令来实现基本的分布式锁。setnx 是 “set if not exists” 的缩写，它会在指定的键不存在时才进行设置，这样就确保了锁的唯一性。代码如下：

java">@Override
public void testLock() {// 尝试获取锁Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "lock");// 如果获取到锁，执行相应的业务逻辑if (ifAbsent) {// 从 Redis 中获取当前的数值String value = redisTemplate.opsForValue().get("num");if (StringUtils.isBlank(value)) {return;}// 将值加一并存回 Redisint num = Integer.parseInt(value);redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));// 业务逻辑执行完毕，释放锁redisTemplate.delete("lock");} else {// 未获取到锁时，等待一段时间后重试try {Thread.sleep(100);this.testLock();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

问题：
如果在业务执行过程中出现异常，锁可能无法被正常释放，从而导致死锁。

解决方案：
为锁设置一个过期时间，确保锁能够自动释放。

java">// 获取锁并设置过期时间
Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", "lock", 10, TimeUnit.SECONDS);

2. 使用 UUID 防止锁误删

虽然我们通过设置过期时间解决了锁无法释放的问题，但还有另一个隐患：锁可能会被误删。假设业务逻辑执行的时间较长，锁在业务执行过程中自动过期并被新的请求获取，这时原来的请求在完成后释放锁，可能会误删其他请求持有的锁。

为了解决这个问题，我们可以在加锁时为锁的值设置一个唯一标识符（如 UUID），并在释放锁时验证该标识符是否匹配。代码如下：

java">@Override
public void testLock() {String uuid = UUID.randomUUID().toString();Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);if (ifAbsent) {String value = redisTemplate.opsForValue().get("num");if (StringUtils.isBlank(value)) {return;}int num = Integer.parseInt(value);redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));// 释放锁时，先检查锁的标识符是否匹配String redisUuid = redisTemplate.opsForValue().get("lock");if (uuid.equals(redisUuid)) {redisTemplate.delete("lock");}} else {try {Thread.sleep(100);this.testLock();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

3. 使用 LUA 脚本保证操作的原子性

即使使用 UUID 防止误删锁，还是会有一个问题：获取锁和释放锁的操作并不具备原子性，可能在并发环境下出现竞态条件。为了彻底解决这个问题，我们可以使用 Redis 的 LUA 脚本来保证这些操作的原子性。LUA 脚本可以将获取锁和释放锁的逻辑合并为一个原子操作，代码如下：

java">@Override
public void testLock() {String uuid = UUID.randomUUID().toString();Boolean ifAbsent = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent("lock", uuid, 3, TimeUnit.SECONDS);if (ifAbsent) {String value = redisTemplate.opsForValue().get("num");if (StringUtils.isBlank(value)) {return;}int num = Integer.parseInt(value);redisTemplate.opsForValue().set("num", String.valueOf(++num));// 使用 LUA 脚本来释放锁，确保操作的原子性DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();String script = "if redis.call(\"get\",KEYS[1]) == ARGV[1] then return redis.call(\"del\",KEYS[1]) else return 0 end";redisScript.setScriptText(script);redisScript.setResultType(Long.class);redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList("lock"), uuid);} else {try {Thread.sleep(100);this.testLock();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

4. 总结

要实现一个可靠的分布式锁，我们需要确保锁的实现满足以下几个关键条件：

互斥性：任何时刻只有一个客户端能持有锁。
不会发生死锁：即使客户端崩溃，锁也能被其他客户端获取。
解铃还须系铃人：加锁和解锁必须由同一个客户端完成。
操作具备原子性：加锁和解锁的操作需要是原子的，不能被打断。

通过 Redis 的 setnx 命令配合过期时间、UUID 以及 LUA 脚本，我们可以构建一个可靠的分布式锁，满足上述所有条件。这种锁在高并发环境下能够有效防止资源竞争，保证系统的稳定性。