分佈式鎖的實現與應用——以Redisson為例

分佈式鎖是保障在分佈式系統中多個節點之間資源互斥的重要手段，而Redisson是Redis官方推薦的Java客戶端，不僅提供基於Java語言對Redis的操作接口，還提供了分佈式鎖的實現，本文將以Redisson分佈式鎖為例，從以下幾個方面對分佈式鎖進行詳細探討與應用。

一、Redisson分佈式鎖的基礎知識

1、何謂分佈式鎖？

分佈式鎖是為了解決在分佈式系統下多個節點爭搶同一資源的問題。在分佈式系統中，常常需要對於某些資源進行互斥操作，如果沒有鎖的機制，就會出現兩個節點同時對一個資源進行修改，導致修改結果衝突，進而導致系統崩潰，因此分佈式鎖就是解決這個問題的重要機制。

2、Redisson分佈式鎖的基本原理

Redisson分佈式鎖本質上就是Redis的一個String類型的值，它的值為當前持有鎖的客戶端標識，當Redisson客戶端獲取鎖時，它會創建一個帶有自身標識的String類型的值，如果這個值在Redis中不存在，就表示當前客戶端獲得了鎖。

而如果這個值存在，說明當前鎖已經被其他客戶端持有，此時Redisson客戶端會繼續輪詢嘗試獲取鎖，直到成功或者超時。

3、Redisson分佈式鎖的優點

(1) 可重入性：同一個線程可以多次獲取同一個鎖。

(2) 支持公平鎖和非公平鎖：即可以通過構造函數選擇公平/非公平鎖。

(3) 高可用性：Redisson分佈式鎖支持主從模式、哨兵模式以及集群模式，保證在任何時候都能夠獲取到鎖。

二、Redisson分佈式鎖的具體應用

1、單節點環境下的基本應用

在單節點環境下，Redisson分佈式鎖的基本應用如下：

    RedissonClient client = Redisson.create(config);
    // 獲取鎖
    RLock lock = client.getLock("lock");
    try {
        lock.lock();
        // TODO: Do something
    } finally {
        lock.unlock();
    }

這裡的client是Redisson客戶端，config是Redisson的配置，在獲取鎖之後，我們可以執行需要保護的代碼段，然後再釋放鎖。

2、分佈式環境下的應用

在分佈式環境下，Redisson分佈式鎖的應用稍微有些複雜，主要是因為Redisson的分佈式鎖是基於Redis的，所以我們需要構建一個Redisson的客戶端，然後使用這個客戶端來獲取鎖。

下面我們來看一下分佈式環境下的應用示例：

    Config config = new Config();
    config.useClusterServers()
            .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6379")
            .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6380")
            .addNodeAddress("redis://127.0.0.1:6381");
    RedissonClient client = Redisson.create(config);
    // 獲取分佈式鎖
    RLock lock = client.getLock("lock");
    try {
        lock.lock();
        // TODO: Do something
    } finally {
        lock.unlock();
    }

這裡的config是Redisson的配置，我們使用的是Redis集群模式，並且連接了三個Redis節點。在獲取鎖之後，我們可以執行需要保護的代碼段，然後再釋放鎖。

3、可重入鎖的應用

Redisson分佈式鎖支持可重入鎖，也就是一個線程可以多次獲取同一個鎖。在這種情況下，只有當所有的獲取鎖的次數和釋放鎖的次數相等時，才會真正釋放鎖。

我們來看一下可重入鎖的應用示例：

    Config config = new Config();
    config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
    RedissonClient client = Redisson.create(config);
    // 獲取可重入鎖
    RLock lock = client.getLock("lock");
    try {
        lock.lock();
        // TODO: Do something
        lock.lock();
        // TODO: Do something else
    } finally {
        lock.unlock();
        lock.unlock();
    }

這裡的lock是Redisson可重入鎖，我們可以在同一個線程內多次獲取和釋放鎖，但必須在獲取和釋放鎖的次數相等時才會真正釋放鎖。

4、公平鎖與非公平鎖的應用

Redisson分佈式鎖支持公平鎖和非公平鎖，我們可以通過構造函數來選擇需要使用的鎖類型。公平鎖表示鎖的獲取是按照FIFO順序進行的，而非公平鎖表示獲取鎖的順序是不確定的。

我們來看一下公平鎖與非公平鎖的應用示例：

    Config config = new Config();
    config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
    RedissonClient client = Redisson.create(config);
    // 獲取公平鎖
    RLock fairLock = client.getFairLock("lock");
    // 獲取非公平鎖
    RLock unfairLock = client.getLock("lock");

這裡的fairLock是Redisson公平鎖，我們可以使用它來獲取按照FIFO順序進行的鎖。而unfairLock是Redisson非公平鎖，我們可以使用它來獲取順序不確定的鎖。

5、實現分佈式限流的應用

Redisson分佈式鎖除了可以實現互斥訪問數據資源的功能，還可以實現限流控制，我們可以通過控制每個請求對於鎖的獲取次數和時間來實現對一段時間內並發請求的控制。

    Config config = new Config();
    config.useSingleServer().setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
    RedissonClient client = Redisson.create(config);
    //獲取限流器
    RRateLimiter rateLimiter = client.getRateLimiter("myRateLimiter");
    //每秒鐘產生兩個令牌，即QPS=2
    rateLimiter.trySetRate(RateType.PER_SECOND, 2, 1, RateIntervalUnit.SECONDS);
    RLock lock = client.getLock("lock");
    try {
        lock.lock();
        if(rateLimiter.tryAcquire()){
            // TODO: Do something
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }

這裡的rateLimiter是Redisson分佈式限流器，我們可以設置令牌桶的大小、生成令牌的速率和請求等待的超時時間。而我們在獲取鎖之後，可以使用阻塞或非阻塞的方式獲取令牌，以此來控制每秒鐘的並發數量。

三、總結

在本文中，我們詳細闡述了Redisson分佈式鎖的基礎知識和具體應用，包括了單節點環境下的基本應用、分佈式環境下的應用、可重入鎖的應用、公平鎖與非公平鎖的應用以及實現分佈式限流的應用，希望本文能夠對大家了解或者使用Redisson分佈式鎖有所幫助。