【SpringBoot篇】基於Redis分佈式鎖的 誤刪問題 和 原子性問題

在現代應用程序中，數據一致性和事務處理是非常重要的概念。爲了確保數據的完整性，有時候我們需要使用分佈式鎖來協調多個服務或實例之間的操作。然而，在使用分佈式鎖時，可能會遇到一些潛在的問題，例如誤刪問題和原子性問題。本文將探討這些問題以及如何在 Spring Boot 中使用 Redis 作爲分佈式鎖來解決它們。

分佈式鎖的基本原理

分佈式鎖是一種用於控制分佈式系統中的共享資源訪問的工具。它允許只有一個客戶端線程一次執行某個特定方法或者臨界區。常見的實現方式有基於數據庫樂觀鎖、基於ZooKeeper、基於Redis等方式。本篇文章將以Redis爲例進行說明。

基於Redis的分佈式鎖實現

在 Spring Boot 中，我們可以通過`@Configuration`類來配置Redis連接池，然後使用`JedisTemplate`或者`LettuceClient`來操作Redis。以下是簡單的配置示例：

// JedisTemplate
@Bean
public JedisConnectionFactory jedisConnectionFactory() {
return new JedisConnectionFactory(new RedisStandaloneConfiguration("127.0.0.1", 6379));
}

@Bean
public JedisPoolingOperationsJedisTemplate jedisTemplate() {
JedisPoolingOperationsJedisTemplate template = new JedisPoolingOperationsJedisTemplate();
template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer()); // Use string as key for simplicity
template.afterPropertiesSet();
return template;
}

// LettuceClient
@Bean
public LettuceConnectionFactory lettuceConnectionFactory() {
return new LettuceConnectionFactory(new RedisStandaloneConfiguration("127.0.0.1", 6379));
}

@Bean
public StatefulRedissonClient redissonClient() throws IOException {
Config config = new Config();
config.useClusterServers().addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379");
StatefulRedissonClient statefulRedissonClient = (StatefulRedissonClient) Redisson.create(config);
statefulRedissonClient.start();
return statefulRedissonClient;
}

Redis分佈式鎖的常見問題

1. 誤刪問題（Lock Deletion Issue）

當一個進程解鎖成功後，如果它意外地再次嘗試刪除同一個鎖，這可能導致其他正在等待獲取該鎖的進程永遠無法獲得鎖，因爲第一個進程已經釋放了鎖，但它不知道自己已經釋放過，所以又重新釋放了一次。這個問題被稱爲“誤刪”。

2. 原子性問題（Atomicity Problem）

假設我們有兩個操作需要以原子的方式完成：獲取鎖 + 執行某些業務邏輯 + 釋放鎖。但是，如果我們只用SETNX命令來實現分佈式鎖，那麼在執行完業務邏輯之後到真正釋放鎖之前的時間窗口裏，如果有另外一個請求剛好也獲得了這個鎖，那麼就可能造成數據不一致的情況。

解決方案

解決誤刪問題

爲了避免這種情況發生，我們應該讓每個請求都檢查當前持有的鎖是否與預期的一致。如果是一致的話才應該繼續解鎖操作。這樣即使重複嘗試也不會對系統產生負面影響。以下是如何使用Lua腳本實現這一目標：

-- Lua script to ensure lock deletion only if it matches the expected value
local lockedValue = redis.call('GET', KEYS[1]);
if (lockedValue == ARGV[1]) then
redis.call('DEL', KEYS[1]);
return true;
else
return false;
end

這段腳本的含義是先從Redis中讀取當前鎖對應的值，然後將其與傳入的參數進行比較。只有兩者相等時纔會執行刪除操作，否則直接返回false表示不應該解鎖。

解決原子性問題

要解決原子性問題，我們可以利用Redis的事務特性或者Lua腳本。由於Lua腳本的執行具有原子性，因此它是更好的選擇。下面是一個完整的例子展示瞭如何使用Lua腳本來實現加鎖和解鎖的過程：

String lockScript = "local lockedValue = redis.call('GET', KEYS[1]); \n" +
"if (lockedValue == nil or lockedValue == ARGV[1]) then \n" +
"   redis.call('SET', KEYS[1], ARGV[1], 'EX', 5, 'NX'); \n" +
"   return redis.call('GET', KEYS[1]); \n" +
"else \n" +
"   return nil; \n" +
"end";

// Set lock with Lua script
String lockResult = jedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(lockScript, String.class), Collections.singletonList(key), clientId);
if (lockResult != null) {
try {
// Perform business logic here
} finally {
// Unlock using Lua script
jedisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(unlockScript, Boolean.class), Collections.singletonList(key), clientId);
}
} else {
// Lock was not acquired, retry later
}

在這個例子中，我們在加鎖和解鎖的過程中都使用了相同的Lua腳本。這樣可以保證整個流程是在一個原子性的操作中被執行的。

小結

在Spring Boot應用中，使用Redis作爲分佈式鎖可以幫助解決多節點環境下的一致性問題。但同時需要注意避免可能的誤刪問題和保持操作的原子性。通過合理的使用Lua腳本可以有效地解決這些挑戰，並且提高了系統的穩定性和健壯性。