Redis面试题分享三十四：使用过 Redisson 嘛？说说它的原理_redisson原理面试

目录

一、Redisson原理分析

1、加锁机制

2、watch dog自动延期机制

3、为啥要用 lua脚本呢？

4、可重入加锁机制

5、Redis分布式锁的缺点

二、RLock

1、加锁操作

 2、减锁操作

 3、锁续约

4、流程概括 

二、总结

一、Redisson原理分析

为了更好的理解分布式锁的原理，我这边自己画张图通过这张图来分析。

1、加锁机制

线程去获取锁，获取成功: 执行 lua脚本，保存数据到 redis数据库。

线程去获取锁，获取失败: 一直通过 while循环尝试获取锁，获取成功后，执行 lua脚本，保存数据到 redis数据库。

2、watch dog自动延期机制

在一个分布式环境下，假如一个线程获得锁后，突然服务器宕机了，那么这个时候在一定时间后这个锁会自动释放，你也可以设置锁的有效时间(不设置默认30秒），这样的目的主要是防止死锁的发生。

但在实际开发中会有下面一种情况:

 1 //设置锁1秒过去
 2 redissonLock.lock("redisson", 1);
 3 /**
 4  * 业务逻辑需要咨询2秒
 5  */
 6 redissonLock.release("redisson");
 7 
 8 /**
 9 * 线程1 进来获得锁后，线程一切正常并没有宕机，但它的业务逻辑需要执行2秒，这就会有个问题，在 线程1 执行1秒后，这个锁就自动过期了，
10 * 那么这个时候 线程2 进来了。那么就存在 线程1和线程2 同时在这段业务逻辑里执行代码，这当然是不合理的。
11 * 而且如果是这种情况，那么在解锁时系统会抛异常，因为解锁和加锁已经不是同一线程了，具体后面代码演示。
12 */

所以这个时候看门狗就出现了，它的作用就是 线程1 业务还没有执行完，时间就过了，线程1 还想持有锁的话，就会启动一个 watch dog后台线程，不断的延长锁 key的生存时间。注意：正常这个看门狗线程是不启动的，还有就是这个看门狗启动后对整体性能也会有一定影响，所以不建议开启看门狗。

3、为啥要用 lua脚本呢？

这个不用多说，主要是如果你的业务逻辑复杂的话，通过封装在 lua脚本中发送给redis，而且 redis是单线程的，这样就保证这段复杂业务逻辑执行的原子性。

Redis是在2.6推出了脚本功能，允许开发者使用Lua语言编写脚本传到redis执行。使用脚本的好处如下：

1、减少网络开销：本来5次网络请求的操作，可以用一个请求完成，原先5次请求的逻辑，可以一次性放到redis中执行，较少了网络往返时延。这点跟管道有点类似。

2、原子操作：Redis会将整个脚本作为一个整体执行，中间不会被其他命令插入。管道不是原子的，不过redis的批量操作命令(类似mset)是原子的。

也就意味着虽然脚本中有多条redis指令，那即使有多条线程并发执行，在同一时刻也只有一个线程能够执行这段逻辑，等这段逻辑执行完，分布式锁也就获取到了，其它线程再进来就获取不到分布式锁了。

4、可重入加锁机制

Redisson可以实现可重入加锁机制的原因，我觉得跟两点有关：

1、Redis存储锁的数据类型是 Hash类型
2、Hash数据类型的key值包含了当前线程信息。

下面是redis存储的数据

这里表面数据类型是 Hash类型，Hash类型相当于我们 java的 <key,<key1,value>> 类型，这里key是指 ‘redisson’

它的有效期还有9秒，我们再来看里们的 key值为 078e44a3-5f95-4e24-b6aa-80684655a15a:45它的组成是:

guid + 当前线程的ID。后面的 value是就和可重入加锁有关。

举图说明

上面这图的意思就是可重入锁的机制，它最大的优点就是相同线程不需要在等待锁，而是可以直接进行相应操作。

5、Redis分布式锁的缺点

Redis分布式锁会有个缺陷，就是在 Redis哨兵模式下:

客户端1 对某个master节点写入了 redisson锁，此时会异步复制给对应的 slave节点。但是这个过程中一旦发生 master节点宕机，主备切换，slave节点从变为了 master节点。

这时客户端2 来尝试加锁的时候，在新的 master节点上也能加锁，此时就会导致多个客户端对同一个分布式锁完成了加锁。

这时系统在业务语义上一定会出现问题，导致各种脏数据的产生。

缺陷在哨兵模式或者主从模式下，如果 master实例宕机的时候，可能导致多个客户端同时完成加锁。

二、RLock

1、加锁操作

RLock是Redisson分布式锁的最核心接口，继承了concurrent包的Lock接口和自己的RLockAsync接口，RLockAsync的返回值都是RFuture，是Redisson执行异步实现的核心逻辑，也是Netty发挥的主要阵地。

从RLock进入，找到RedissonLock类，找到 tryLock 方法再递进到干活的tryAcquireOnceAsync 方法，这是加锁的主要代码

private RFuture<Boolean> tryAcquireOnceAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
        if (leaseTime != -1L) {
            return this.tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN);
        } else {
            RFuture<Boolean> ttlRemainingFuture = this.tryLockInnerAsync(waitTime, this.commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN);
            ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
                if (e == null) {
                    if (ttlRemaining) {
                        this.scheduleExpirationRenewal(threadId);
                    }
 
                }
            });
            return ttlRemainingFuture;
        }
    }

此处出现leaseTime时间判断的2个分支，实际上就是加锁时是否设置过期时间，未设置过期时间（-1）时则会有watchDog 的锁续约 （下文），一个注册了加锁事件的续约任务。我们先来看有过期时间tryLockInnerAsync 部分，

evalWriteAsync是eval命令执行lua的入口

<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
        this.internalLockLeaseTime = unit.toMillis(leaseTime);
        return this.commandExecutor.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, command, "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return nil; end; if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return nil; end; return redis.call('pttl', KEYS[1]);", Collections.singletonList(this.getName()), new Object[]{this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId)});
    }

 2、减锁操作

这里只有一个明显的监听方法onMessage，其订阅和信号量的释放都在父类PublishSubscribe，我们只关注监听事件的实际操作

protected void onMessage(RedissonLockEntry value, Long message) {
    Runnable runnableToExecute;
     if (message.equals(unlockMessage)) {
         // 从监听器队列取监听线程执行监听回调
         runnableToExecute = (Runnable)value.getListeners().poll();
         if (runnableToExecute != null) {
             runnableToExecute.run();
         }
         // getLatch()返回的是Semaphore，信号量，此处是释放信号量
         // 释放信号量后会唤醒等待的entry.getLatch().tryAcquire去再次尝试申请锁
         value.getLatch().release();
     } else if (message.equals(readUnlockMessage)) {
         while(true) {
             runnableToExecute = (Runnable)value.getListeners().poll();
             if (runnableToExecute == null) {
                 value.getLatch().release(value.getLatch().getQueueLength());
                 break;
             }
             runnableToExecute.run();
         }
     }
 }

发现一个是默认解锁消息 ，一个是读锁解锁消息 ，因为redisson是有提供读写锁的，而读写锁读读情况和读写、写写情况互斥情况不同，我们只看上面的默认解锁消息unlockMessage分支

LockPubSub监听最终执行了2件事

• runnableToExecute.run() 执行监听回调
• value.getLatch().release(); 释放信号量

Redisson通过LockPubSub 监听解锁消息，执行监听回调和释放信号量通知等待线程可以重新抢锁。
这时再回来看tryAcquireOnceAsync另一分支

private RFuture<Boolean> tryAcquireOnceAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
        if (leaseTime != -1L) {
            return this.tryLockInnerAsync(waitTime, leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN);
        } else {
            RFuture<Boolean> ttlRemainingFuture = this.tryLockInnerAsync(waitTime, this.commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN);
            ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
                if (e == null) {
                    if (ttlRemaining) {
                        this.scheduleExpirationRenewal(threadId);
                    }
 
                }
            });
            return ttlRemainingFuture;
        }
    }

 3、锁续约

查看RedissonLock.this.scheduleExpirationRenewal(threadId)

private void scheduleExpirationRenewal(long threadId) {
        RedissonLock.ExpirationEntry entry = new RedissonLock.ExpirationEntry();
        RedissonLock.ExpirationEntry oldEntry = (RedissonLock.ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(this.getEntryName(), entry);
        if (oldEntry != null) {
            oldEntry.addThreadId(threadId);
        } else {
            entry.addThreadId(threadId);
            this.renewExpiration();
        }
 
    }
 
private void renewExpiration() {
        RedissonLock.ExpirationEntry ee = (RedissonLock.ExpirationEntry)EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(this.getEntryName());
        if (ee != null) {
            Timeout task = this.commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
                public void run(Timeout timeout) throws Exception {
                    RedissonLock.ExpirationEntry ent = (RedissonLock.ExpirationEntry)RedissonLock.EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(RedissonLock.this.getEntryName());
                    if (ent != null) {
                        Long threadId = ent.getFirstThreadId();
                        if (threadId != null) {
                            RFuture<Boolean> future = RedissonLock.this.renewExpirationAsync(threadId);
                            future.onComplete((res, e) -> {
                                if (e != null) {
                                    RedissonLock.log.error("Can't update lock " + RedissonLock.this.getName() + " expiration", e);
                                } else {
                                    if (res) {
                                        RedissonLock.this.renewExpiration();
                                    }
 
                                }
                            });
                        }
                    }
                }
            }, this.internalLockLeaseTime / 3L, TimeUnit.MILLISECONDS);
            ee.setTimeout(task);
        }
    }

拆分来看，这段连续嵌套且冗长的代码实际上做了几步：

• 添加一个netty的Timeout回调任务，每（internalLockLeaseTime / 3）毫秒执行一次，执行的方法是renewExpirationAsync
• renewExpirationAsync重置了锁超时时间，又注册一个监听器，监听回调又执行了renewExpiration

renewExpirationAsync 的Lua如下

protected RFuture<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {
        return this.commandExecutor.evalWriteAsync(this.getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN, "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); return 1; end; return 0;", Collections.singletonList(this.getName()), new Object[]{this.internalLockLeaseTime, this.getLockName(threadId)});
    }
 
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then 
  redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); 
  return 1; 
end; 
return 0;

重新设置了超时时间。
Redisson加这段逻辑的目的是什么？
目的是为了某种场景下保证业务不影响，如任务执行超时但未结束，锁已经释放的问题。
当一个线程持有了一把锁，由于并未设置超时时间leaseTime，Redisson 默认配置了30S，开启watchDog，每10S对该锁进行一次续约，维持30S的超时时间，直到任务完成再删除锁。
这就是Redisson的锁续约 ，也就是WatchDog 实现的基本思路。

4、流程概括 

通过整体的介绍，流程简单概括：

• A、B线程争抢一把锁，A获取到后，B阻塞
• B线程阻塞时并非主动 CAS，而是PubSub方式订阅该锁的广播消息
• A操作完成释放了锁，B线程收到订阅消息通知
• B被唤醒开始继续抢锁，拿到锁

详细加锁解锁流程总结如下图：

二、总结

分布式锁的整体实现很巧妙，借助lua脚本的原子性，实现了很多功能，当然redisson还有其它很多功能，比如为了解决主从集群中的异步复制会导致锁丢失问题，引入了redlock机制，还有分布式下的可重入锁等。