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鎖解開(kāi)Redis讀卡死鎖之謎
在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到并發(fā)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，為了保證數(shù)據(jù)一致性和安全，我們使用鎖的方式來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)線程之間的訪問(wèn)。然而，鎖本身也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如死鎖和饑餓等。
在使用Redis作為鎖的基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象：讀卡死鎖。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)線程讀取Redis中的值時(shí)，如果讀取的值是空或者不存在，那么這個(gè)線程就會(huì)被卡在這里，進(jìn)而導(dǎo)致其他線程無(wú)法正常訪問(wèn)這個(gè)鍵，形成死鎖。
下面，我們將介紹這個(gè)問(wèn)題的原因和解決方法。
原因分析
Redis提供了兩種類型的鎖：普通鎖和自旋鎖。普通鎖在加鎖時(shí)，如果已經(jīng)被其他線程占用，則當(dāng)前線程會(huì)一直等待直到鎖被釋放。自旋鎖則是在加鎖時(shí)不停地嘗試獲取鎖，直到成功為止。自旋鎖的優(yōu)勢(shì)是減少上下文切換的次數(shù)和等待時(shí)間，因此在高并發(fā)的場(chǎng)景下更加適用。
但是，使用普通鎖和自旋鎖都可能會(huì)導(dǎo)致讀卡死鎖。這是因?yàn)镽edis是單線程的，雖然它能夠處理并發(fā)的請(qǐng)求，但是無(wú)法同時(shí)處理多個(gè)請(qǐng)求。當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求被卡住時(shí)，其他請(qǐng)求會(huì)被阻塞，導(dǎo)致整個(gè)服務(wù)不可用。
具體來(lái)說(shuō)，讀卡死鎖的發(fā)生機(jī)制如下：
1. 線程A嘗試獲取鎖，但是鎖已經(jīng)被線程B占用。
2. 線程A進(jìn)入等待狀態(tài)，在等待期間，線程B釋放鎖。
3. 線程C嘗試讀取鍵值，發(fā)現(xiàn)鍵值不存在，因此將讀取請(qǐng)求發(fā)送給Redis。
4. Redis將讀取請(qǐng)求放入隊(duì)列中等待處理。
5. 線程A獲取到鎖，開(kāi)始執(zhí)行相應(yīng)的操作，其中的一個(gè)操作是設(shè)置鍵值。
6. Redis從隊(duì)列中取出讀取請(qǐng)求并處理，返回空值給線程C。
7. 線程C得到空值后離開(kāi)Redis，但是由于此時(shí)鍵已經(jīng)存在，線程C會(huì)再次發(fā)送讀取請(qǐng)求。
8. Redis再次將讀取請(qǐng)求放入隊(duì)列中等待處理。
9. 由于線程A正在使用這個(gè)鍵，線程C一直等待直到超時(shí)，從而導(dǎo)致讀卡死鎖。
解決方法
為了解決讀卡死鎖問(wèn)題，我們需要引入一個(gè)新的機(jī)制：Redis的watch命令。
watch命令可以用來(lái)監(jiān)視一個(gè)或多個(gè)鍵值，當(dāng)監(jiān)視的鍵值被更改時(shí)，這個(gè)命令會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤碼。我們可以利用watch命令來(lái)解決讀卡死鎖問(wèn)題，具體步驟如下：
1. 線程A使用watch命令監(jiān)視鍵值。
2. 線程A嘗試獲取鎖，如果成功，則繼續(xù)執(zhí)行相應(yīng)的操作，其中一個(gè)操作是設(shè)置鍵值。
3. 在鎖被釋放之前，線程A使用multi命令開(kāi)啟一個(gè)事務(wù)。
4. 線程A在事務(wù)中執(zhí)行相應(yīng)的操作，其中的一個(gè)操作是獲取鍵值。
5. 如果獲取的鍵值為空或者不存在，那么線程A使用exec命令提交事務(wù)。
6. 如果獲取的鍵值不為空，那么線程A取消事務(wù)，并重新使用watch命令監(jiān)視鍵值。
7. 在事務(wù)執(zhí)行期間，如果有其他線程嘗試修改所監(jiān)視的鍵值，那么watch命令會(huì)返回錯(cuò)誤碼。
8. 在接收到錯(cuò)誤碼后，我們可以回到第2步重新嘗試獲取鎖和執(zhí)行操作。
通過(guò)引入watch命令，我們可以保證線程A在獲取鎖之前，監(jiān)視鍵值并防止其他線程修改它。如果獲取的鍵值為空或不存在，那么我們可以在事務(wù)中使用exec命令提交所有的操作，這樣就能避免對(duì)其他線程的干擾。
下面是使用Redis的Python示例代碼：
“`python
import redis
class RedisLock:
def __init__(self, redis_conn, key, timeout=10):
self.redis_conn = redis_conn
self.key = key
self.timeout = timeout
self.locked = False
def acquire(self):
while not self.locked:
try:
# 使用watch命令監(jiān)視鍵值
self.redis_conn.watch(self.key)
# 嘗試獲取鎖
val = self.redis_conn.get(self.key)
if val is None:
# 鍵值為空或不存在，開(kāi)始事務(wù)
transaction = self.redis_conn.multi()
transaction.set(self.key, ‘1’)
# 提交事務(wù)
transaction.execute()
self.locked = True
else:
# 取消事務(wù)，并重新監(jiān)視鍵值
self.redis_conn.unwatch()
except redis.exceptions.WatchError:
# watch命令返回錯(cuò)誤碼，重新嘗試獲取鎖
pass
def release(self):
if self.locked:
self.redis_conn.delete(self.key)
self.locked = False
# 使用示例
redis_conn = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379)
lock = RedisLock(redis_conn, ‘mykey’)
lock.acquire()
# 執(zhí)行相應(yīng)的操作
lock.release()
以上就是解決redis讀卡死鎖問(wèn)題的方法。通過(guò)引入watch命令，我們可以避免在讀取不存在的鍵值時(shí)發(fā)生卡住的情況，保證線程的正常執(zhí)行。當(dāng)然，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中，我們還需要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景來(lái)選擇使用普通鎖或自旋鎖，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。
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