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Redlock:全名叫做 redis Distributed Lock;即使用redis實現的分布式鎖;

使用場景:多個服務間保證同一時刻同一時間段內同一用戶只能有一個請求(防止關鍵業務出現并發攻擊);

 

官網文檔地址如下:https://redis.io/topics/distlock

這個鎖的算法實現了多redis實例的情況,相對于單redis節點來說,優點在于 防止了 單節點故障造成整個服務停止運行的情況;并且在多節點中鎖的設計,及多節點同時崩潰等各種意外情況有自己獨特的設計方法;

 

此博客或者官方文檔的相關概念:

1.TTL:Time To Live;只 redis key 的過期時間或有效生存時間

2.clock drift:時鐘漂移;指兩個電腦間時間流速基本相同的情況下,兩個電腦(或兩個進程間)時間的差值;如果電腦距離過遠會造成時鐘漂移值 過大

 

最低保證分布式鎖的有效性及安全性的要求如下:

1.互斥;任何時刻只能有一個client獲取鎖

2.釋放死鎖;即使鎖定資源的服務崩潰或者分區,仍然能釋放鎖

3.容錯性;只要多數redis節點(一半以上)在使用,client就可以獲取和釋放鎖

 

網上講的基于故障轉移實現的redis主從無法真正實現Redlock:

因為redis在進行主從復制時是異步完成的,比如在clientA獲取鎖后,主redis復制數據到從redis過程中崩潰了,導致沒有復制到從redis中,然后從redis選舉出一個升級為主redis,造成新的主redis沒有clientA 設置的鎖,這是clientB嘗試獲取鎖,并且能夠成功獲取鎖,導致互斥失效;

思考題:這個失敗的原因是因為從redis立刻升級為主redis,如果能夠過TTL時間再升級為主redis(延遲升級)后,或者立刻升級為主redis但是過TTL的時間后再執行獲取鎖的任務,就能成功產生互斥效果;是不是這樣就能實現基于redis主從的Redlock;

 

redis單實例中實現分布式鎖的正確方式(原子性非常重要):

1.設置鎖時,使用set命令,因為其包含了setnx,expire的功能,起到了原子操作的效果,給key設置隨機值,并且只有在key不存在時才設置成功返回True,并且設置key的過期時間(最好用毫秒)

SET key_name my_random_value NX PX 30000 # NX 表示if not exist 就設置并返回True,否則不設置并返回False PX 表示過期時間用毫秒級, 30000 表示這些毫秒時間后此key過期

2.在獲取鎖后,并完成相關業務后,需要刪除自己設置的鎖(必須是只能刪除自己設置的鎖,不能刪除他人設置的鎖);

刪除原因:保證服務器資源的高利用效率,不用等到鎖自動過期才刪除;

刪除方法:最好使用Lua腳本刪除(redis保證執行此腳本時不執行其他操作,保證操作的原子性),代碼如下;邏輯是 先獲取key,如果存在并且值是自己設置的就刪除此key;否則就跳過;

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

算法流程圖如下:

Redlock(redis分布式鎖)原理分析

 

 

多節點redis實現的分布式鎖算法(RedLock):有效防止單點故障

假設有5個完全獨立的redis主服務器

1.獲取當前時間戳

2.client嘗試按照順序使用相同的key,value獲取所有redis服務的鎖,在獲取鎖的過程中的獲取時間比鎖過期時間短很多,這是為了不要過長時間等待已經關閉的redis服務。并且試著獲取下一個redis實例。

比如:TTL為5s,設置獲取鎖最多用1s,所以如果一秒內無法獲取鎖,就放棄獲取這個鎖,從而嘗試獲取下個鎖

3.client通過獲取所有能獲取的鎖后的時間減去第一步的時間,這個時間差要小于TTL時間并且至少有3個redis實例成功獲取鎖,才算真正的獲取鎖成功

4.如果成功獲取鎖,則鎖的真正有效時間是 TTL減去第三步的時間差 的時間;比如:TTL 是5s,獲取所有鎖用了2s,則真正鎖有效時間為3s(其實應該再減去時鐘漂移);

5.如果客戶端由于某些原因獲取鎖失敗,便會開始解鎖所有redis實例;因為可能已經獲取了小于3個鎖,必須釋放,否則影響其他client獲取鎖

算法示意圖如下:

 

Redlock(redis分布式鎖)原理分析

RedLock算法是否是異步算法??

可以看成是同步算法;因為 即使進程間(多個電腦間)沒有同步時鐘,但是每個進程時間流速大致相同;并且時鐘漂移相對于TTL叫小,可以忽略,所以可以看成同步算法;(不夠嚴謹,算法上要算上時鐘漂移,因為如果兩個電腦在地球兩端,則時鐘漂移非常大)

 

RedLock失敗重試

當client不能獲取鎖時,應該在隨機時間后重試獲取鎖;并且最好在同一時刻并發的把set命令發送給所有redis實例;而且對于已經獲取鎖的client在完成任務后要及時釋放鎖,這是為了節省時間;

 

RedLock釋放鎖

由于釋放鎖時會判斷這個鎖的value是不是自己設置的,如果是才刪除;所以在釋放鎖時非常簡單,只要向所有實例都發出釋放鎖的命令,不用考慮能否成功釋放鎖;

 

RedLock注意點(Safety arguments):

1.先假設client獲取所有實例,所有實例包含相同的key和過期時間(TTL) ,但每個實例set命令時間不同導致不能同時過期,第一個set命令之前是T1,最后一個set命令后為T2,則此client有效獲取鎖的最小時間為TTL-(T2-T1)-時鐘漂移;

2.對于以N/2+ 1(也就是一半以 上)的方式判斷獲取鎖成功,是因為如果小于一半判斷為成功的話,有可能出現多個client都成功獲取鎖的情況, 從而使鎖失效

3.一個client鎖定大多數事例耗費的時間大于或接近鎖的過期時間,就認為鎖無效,并且解鎖這個redis實例(不執行業務) ;只要在TTL時間內成功獲取一半以上的鎖便是有效鎖;否則無效

 

系統有活性的三個特征

1.能夠自動釋放鎖

2.在獲取鎖失敗(不到一半以上),或任務完成后 能夠自動釋放鎖,不用等到其自動過期

3.在client重試獲取哦鎖前(第一次失敗到第二次重試時間間隔)大于第一次獲取鎖消耗的時間;

4.重試獲取鎖要有一定次數限制

 

RedLock性能及崩潰恢復的相關解決方法

1.如果redis沒有持久化功能,在clientA獲取鎖成功后,所有redis重啟,clientB能夠再次獲取到鎖,這樣違法了鎖的排他互斥性;

2.如果啟動AOF永久化存儲,事情會好些, 舉例:當我們重啟redis后,由于redis過期機制是按照unix時間戳走的,所以在重啟后,然后會按照規定的時間過期,不影響業務;但是由于AOF同步到磁盤的方式默認是每秒-次,如果在一秒內斷電,會導致數據丟失,立即重啟會造成鎖互斥性失效;但如果同步磁盤方式使用Always(每一個寫命令都同步到硬盤)造成性能急劇下降;所以在鎖完全有效性和性能方面要有所取舍;

3.有效解決既保證鎖完全有效性及性能高效及即使斷電情況的方法是redis同步到磁盤方式保持默認的每秒,在redis無論因為什么原因停掉后要等待TTL時間后再重啟(學名:延遲重啟) ;缺點是 在TTL時間內服務相當于暫停狀態;

總結:

1.TTL時長 要大于正常業務執行的時間+獲取所有redis服務消耗時間+時鐘漂移

2.獲取redis所有服務消耗時間要 遠小于TTL時間,并且獲取成功的鎖個數要 在總數的一般以上:N/2+1

3.嘗試獲取每個redis實例鎖時的時間要 遠小于TTL時間

4.嘗試獲取所有鎖失敗后 重新嘗試一定要有一定次數限制

5.在redis崩潰后(無論一個還是所有),要延遲TTL時間重啟redis

6.在實現多redis節點時要結合單節點分布式鎖算法 共同實現

網絡上查找的redis分布式鎖 算法流程圖如下(不推薦使用):

不推薦原因:

1.根據流程圖可看出其流程較為繁瑣

2.使用較為老式的 setnx方法獲取鎖及expire方法(無法保證原子操作)

3.redis單點,無法做到錯誤兼容性;

Redlock(redis分布式鎖)原理分析

 

 

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標簽:分布式 redis
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