Das Prinzip und die Implementierungsmethode verteilter Sperren werden von Redis implementiert

Mit der Popularität verteilter Systeme werden verteilte Sperren immer wichtiger. Die verteilte Sperre ist ein Mechanismus, der sicherstellt, dass in einem verteilten System nur ein Prozess oder Thread gleichzeitig ausgeführt werden kann. Verteilte Sperren sind bei vielen Anwendungen in verteilten Umgebungen ein sehr häufiges Problem. Redis ist eine leistungsstarke In-Memory-Datenbank, die mehrere Datenstrukturen unterstützt und häufig in verteilten Sperren verwendet wird. In diesem Artikel werden das Prinzip und die Implementierungsmethode der von Redis implementierten verteilten Sperren vorgestellt.

1. Das Prinzip der Redis-Implementierung verteilter Sperren

Die Implementierung einer Sperre in einem verteilten System erfordert die Lösung einiger Probleme, z. B. wie man gegenseitigen Ausschluss erreicht, wie man Konsistenz gewährleistet usw. Damit Redis verteilte Sperren implementieren kann, besteht das Hauptprinzip darin, den gegenseitigen Ausschluss und die Konsistenz von Sperren durch Redis-Transaktionen sicherzustellen. Redis-Transaktionen bieten die Möglichkeit, mehrere Befehle in eine Transaktion zu packen und sie dann alle auf einmal auszuführen. Beim Ausgeben einer Transaktion beginnt der Server mit der Aufzeichnung einer Folge von Redis-Befehlen, die von der Transaktion ausgeführt werden.

Daher verfügt Redis hauptsächlich über die folgenden drei Schritte, um verteilte Sperren zu implementieren:

1 Versuchen Sie, die Sperre zu erhalten. In Redis können Sie den SETNX-Befehl (SET if Not eXists) verwenden, um festzustellen, ob ein Schlüssel vorhanden ist Es existiert nicht. Gibt 1 zurück und legt den Wert des Schlüssels fest, oder gibt 0 zurück, wenn der Schlüssel bereits vorhanden ist. Daher kann der Befehl SETNX verwendet werden, um den Prozess des Erwerbs der Sperre zu implementieren.

2. Stellen Sie die Sperrzeit ein.

Um eine Sperrung zu verhindern, müssen Sie eine Zeitsperre für die Sperre festlegen. Wenn der Sperrinhaber die Sperre nach einer gewissen Zeit nicht freigegeben hat, wird die Sperre zwangsweise aufgehoben.

3. Lösen Sie die Sperre

Verwenden Sie den DEL-Befehl in der Redis-Transaktion, um die Sperre aufzuheben und den Sperrschlüssel aus Redis zu löschen.

2. Wie Redis verteilte Sperren implementiert

Durch die Einführung der obigen Schritte können wir erkennen, dass das Hauptprinzip der Implementierung verteilter Sperren durch Redis darin besteht, die Sperre über den SETNX-Befehl zu ergreifen, um Sperr- und Entsperrvorgänge durchzuführen Transaktionen. Auf dieser Grundlage stellen wir zwei Möglichkeiten zur Implementierung verteilter Sperren in Redis vor: basierend auf einem einzelnen Redis-Knoten und basierend auf einem Redis-Cluster.

1. Basierend auf einem Redis-Einzelknoten

Wir können verteilte Sperren basierend auf einem Redis-Einzelknoten einfach implementieren, indem wir einfach die Redis-Befehle SETNX und DEL verwenden. Der Code lautet wie folgt.

public Boolean tryLock(String key, String value, long expireTime) {

    Jedis jedis = jedisPool.getResource();

    String result = jedis.set(key, value, "NX", "PX", expireTime);

    jedis.close();

    return "OK".equalsIgnoreCase(result);

}

wobei key die Ressource ist, die gesperrt werden muss, value die eindeutige Kennung der Sperre ist und expireTime die Timeout-Zeit ist des Schlosses.

Für den Versuch, die Sperre zu erhalten, können Sie versuchen, über den SetNX-Befehl einen nicht vorhandenen Schlüssel festzulegen. Wenn der Schlüssel vorhanden ist, bedeutet dies, dass die Sperre von anderen Clients erworben wurde. Nachdem die Sperre erfolgreich gesperrt wurde, müssen die Sperridentifikation und die Timeout-Zeit festgelegt werden. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass der Sperrinhaber die Möglichkeit hat, die Sperre vor Ablauf des Timeout-Zeitraums freizugeben, andernfalls wird die Sperre gewaltsam freigegeben. key是需要加锁的资源，value是加锁的唯一标识，expireTime是锁的超时时间。

对于尝试获取锁的过程，通过SetNX命令可以尝试设置一个不存在的key。如果key存在，则说明锁已经被其他客户端获取。在加锁成功之后，需要将锁的标识和超时时间都设置好。同时需要保证锁的持有者在超时时间到达之前都有机会释放锁，否则锁就被强制释放。

2、基于Redis集群

在Redis集群环境下，基于单个节点的实现方式无法满足高可用的需求。因此，我们需要通过Redis Cluster模式来实现基于Redis集群的分布式锁。

在Redis Cluster模式下，Redis将集群中的节点划分为不同的槽位，每个槽位存储不同的键值对。因此，我们可以将不同的锁分配到不同的槽位，从而实现分布式锁的高可用。在Redis Cluster模式下，Redis实现分布式锁的代码如下所示。

public boolean tryLock(String key, String value, int expireTime) {

    JedisCluster jedisCluster = jedisClusterFactory.getJedisCluster();

    String result = jedisCluster.set(key, value, "NX", "PX", expireTime);

    return "OK".equalsIgnoreCase(result);

}

其中key是需要加锁的资源，value是加锁的唯一标识，expireTime

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