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使用Redis進(jìn)行KEY加鎖的安全可靠性
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Redis作為一種高性能、非常靈活的NoSQL數(shù)據(jù)庫，常常被用作分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩存。在分布式系統(tǒng)中，經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)一些基本的并發(fā)控制，如讀、寫、操作等。而在這些場景下，Redis的“l(fā)ock”（鎖）功能可以發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢，使其成為分布式系統(tǒng)中的一種有力工具。然而，針對Redis Lock實(shí)現(xiàn)的安全性和可靠性，是開發(fā)人員需要特別關(guān)注和注意的問題。
Redis的Lock機(jī)制
Redis支持兩種主要的Lock機(jī)制：單機(jī)Lock和分布式Lock。
1. 單機(jī)Lock
單機(jī)Lock是指將Lock作為Redis的一種數(shù)據(jù)類型，例如，在Redis的String類型中，可以通過SETNX命令（SET if Not eXists）實(shí)現(xiàn)Lock機(jī)制。
SETNX key value # 如果key不存在，則設(shè)置它的值為value，返回1為成功，0為失敗。
當(dāng)且僅當(dāng)key不存在時(shí)，才執(zhí)行SETNX操作，因此可以通過SETNX來實(shí)現(xiàn)Lock的基本功能。例如，使用以下代碼實(shí)現(xiàn)單鎖：
“`python
import redis
client = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379)
lock_key = ‘redis-lock’
if client.setnx(lock_key, 1):
# 設(shè)置鎖成功
# TODO: 此處添加業(yè)務(wù)邏輯代碼
client.delete(lock_key) # 釋放鎖
else:
# 鎖已經(jīng)被其他客戶端占用
pass
這段代碼先從Redis獲取一個(gè)客戶端，然后利用SETNX命令實(shí)現(xiàn)鎖機(jī)制。如果SETNX返回1（鎖成功），則執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼，最后刪掉鎖；如果SETNX返回0（鎖失敗），則說明鎖被其他客戶端占用。
但是，這種Lock機(jī)制存在一個(gè)問題：由于Redis的單機(jī)模式下，有可能出現(xiàn)硬件故障或網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)等問題，從而導(dǎo)致Redis內(nèi)存中的數(shù)據(jù)丟失或不一致的情況。如果在此期間一個(gè)客戶端拿到了Lock，但由于Redis服務(wù)器出現(xiàn)問題而沒有成功刪除鎖，那么會(huì)導(dǎo)致其他客戶端無法使用該Lock而陷入死鎖。解決這個(gè)問題的方法是設(shè)置鎖的過期時(shí)間：
```python
if client.setnx(lock_key, 1):
client.expire(lock_key, 10) # 設(shè)置鎖的過期時(shí)間，10秒
# TODO: 此處添加業(yè)務(wù)邏輯代碼
client.delete(lock_key) # 釋放鎖
else:
# 鎖已經(jīng)被其他客戶端占用
pass
這里通過expire命令設(shè)置鎖的過期時(shí)間為10秒，從而避免單點(diǎn)故障的情況。當(dāng)鎖的持有時(shí)間超過10秒時(shí)，Redis會(huì)自動(dòng)刪除該鎖。
2. 分布式Lock
分布式Lock是指通過Redis的分布式功能，實(shí)現(xiàn)Lock機(jī)制的共享功能。在分布式情況下，單機(jī)Lock的機(jī)制顯然不再適用。Redis提供了一種簡單而可靠的分布式Lock機(jī)制——RedLock算法。該算法的基本假設(shè)是：為了成功獲取Lock，需要滿足以下條件：
1. 在大部分Redis節(jié)點(diǎn)上（N/2+1）獲取到鎖；
2. 獲取鎖的時(shí)間不超過一個(gè)固定的超時(shí)時(shí)間。
RedLock算法的基本實(shí)現(xiàn)流程如下：
1. 獲得當(dāng)前時(shí)間戳timestamp；
2. 嘗試在多個(gè)Redis實(shí)例上獲取鎖(SETNX);
2.1 如果在大部分實(shí)例上設(shè)置成功，且在超時(shí)時(shí)間內(nèi)達(dá)到大多數(shù)獲取成功，則認(rèn)為獲取鎖成功，并返回當(dāng)前時(shí)間戳timestamp；
2.2 否則，立即在所有Redis實(shí)例上執(zhí)行刪除鎖操作；
3. 判斷是否超時(shí)，如果沒有超時(shí)，則釋放鎖。否則，當(dāng)前獲取鎖失敗。
具體實(shí)現(xiàn)可以參考以下Python代碼：
“`python
import redis
class RedLock:
# 構(gòu)造函數(shù)，usr: Redis服務(wù)器連接的配置列表，例如:[{“host”: “127.0.0.1”, “port”: 6379, “db”: 0}]
def __init__(self, usr):
self.getRedInst(usr)
# 獲取Redis服務(wù)器連接池
def getRedInst(self, cfg):
self.redis_inst = []
for c in cfg:
self.redis_inst.append(redis.Redis(host=c[‘host’], port=c[‘port’], db=c[‘db’]))
# 獲取鎖
def lock(self, key, ttl):
q = len(self.redis_inst)
retry = 3
while retry > 0:
start = int(round(time.time() * 1000)) # ms
n = 0
for red in self.redis_inst:
if red.set(key, 1, nx=True, px=ttl):
n += 1
elapsed = int(round(time.time() * 1000)) – start # ms
drift = int(ttl * 0.01) + 2
valid = elapsed
if n >= (q / 2 + 1) and valid:
return True
else:
for red in self.redis_inst:
red.delete(key)
cnt += 1
time.sleep(0.1) # sleep for a while
return False
# 釋放鎖
def unlock(self, key):
for red in self.redis_inst:
red.delete(key)
這個(gè)RedLock類實(shí)現(xiàn)了分布式的Lock機(jī)制。它先從一個(gè)Redis服務(wù)器連接列表中獲取Redis實(shí)例，然后運(yùn)用RedLock算法來獲取和釋放分布式鎖。Lock和Unlock方法分別封裝了獲取和釋放分布式鎖的實(shí)現(xiàn)代碼，其中使用了redis實(shí)例中set方法的nx、px參數(shù)的含義，分別為：nx=True，表示set操作在key不存在時(shí)才執(zhí)行；px=ttl，表示設(shè)置key的過期時(shí)間為指定值。
Lock和Unlock方法的實(shí)現(xiàn)，十分簡單明了，適合于快速集成或擴(kuò)展，開發(fā)者可以直接調(diào)用這兩個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
總結(jié)
通過以上的例子，可以看出，在單機(jī)和分布式Lock實(shí)現(xiàn)的過程中，都需要開發(fā)者思考這兩種Lock機(jī)制背后的安全性和可靠性問題。在實(shí)現(xiàn)Lock的過程中，常常遭遇多個(gè)問題，如死鎖、污染問題、宕機(jī)問題等，因此，需要根據(jù)具體場景，選擇最適合的Lock機(jī)制，并結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)場景，增強(qiáng)分布式鎖的安全可靠性。
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當(dāng)前題目：使用Redis進(jìn)行Key加鎖的安全可靠性（redis給key加鎖）
新聞來源：http://www.dlmjj.cn/article/dpsdiic.html
