詳解使用Redis SETNX 命令實現(xiàn)分布式鎖

使用Redis的 SETNX 命令可以實現(xiàn)分布式鎖，下文介紹其實現(xiàn)方法。

SETNX命令簡介

命令格式

SETNX key value

將 key 的值設為 value，當且僅當 key 不存在。

若給定的 key 已經(jīng)存在，則 SETNX 不做任何動作。

SETNX 是SET if Not eXists的簡寫。

返回值

返回整數(shù)，具體為

- 1，當 key 的值被設置

- 0，當 key 的值沒被設置

例子

redis> SETNX mykey “hello” 
(integer) 1 
redis> SETNX mykey “hello” 
(integer) 0 
redis> GET mykey 
“hello” 
redis>

使用SETNX實現(xiàn)分布式鎖

多個進程執(zhí)行以下Redis命令：

SETNX lock.foo current Unix time + lock timeout + 1>

如果 SETNX 返回1，說明該進程獲得鎖，SETNX將鍵 lock.foo 的值設置為鎖的超時時間（當前時間 + 鎖的有效時間）。

如果 SETNX 返回0，說明其他進程已經(jīng)獲得了鎖，進程不能進入臨界區(qū)。進程可以在一個循環(huán)中不斷地嘗試 SETNX 操作，以獲得鎖。

解決死鎖

考慮一種情況，如果進程獲得鎖后，斷開了與 Redis 的連接（可能是進程掛掉，或者網(wǎng)絡中斷），如果沒有有效的釋放鎖的機制，那么其他進程都會處于一直等待的狀態(tài)，即出現(xiàn)“死鎖”。

上面在使用 SETNX 獲得鎖時，我們將鍵 lock.foo 的值設置為鎖的有效時間，進程獲得鎖后，其他進程還會不斷的檢測鎖是否已超時，如果超時，那么等待的進程也將有機會獲得鎖。

然而，鎖超時時，我們不能簡單地使用 DEL 命令刪除鍵 lock.foo 以釋放鎖?？紤]以下情況，進程P1已經(jīng)首先獲得了鎖 lock.foo，然后進程P1掛掉了。進程P2，P3正在不斷地檢測鎖是否已釋放或者已超時，執(zhí)行流程如下：

• P2和P3進程讀取鍵 lock.foo 的值，檢測鎖是否已超時（通過比較當前時間和鍵 lock.foo 的值來判斷是否超時）
• P2和P3進程發(fā)現(xiàn)鎖 lock.foo 已超時
• P2執(zhí)行 DEL lock.foo命令
• P2執(zhí)行 SETNX lock.foo命令，并返回1，即P2獲得鎖
• P3執(zhí)行 DEL lock.foo命令將P2剛剛設置的鍵 lock.foo 刪除（這步是由于P3剛才已檢測到鎖已超時）
• P3執(zhí)行 SETNX lock.foo命令，并返回1，即P3獲得鎖
• P2和P3同時獲得了鎖

從上面的情況可以得知，在檢測到鎖超時后，進程不能直接簡單地執(zhí)行 DEL 刪除鍵的操作以獲得鎖。

為了解決上述算法可能出現(xiàn)的多個進程同時獲得鎖的問題，我們再來看以下的算法。

我們同樣假設進程P1已經(jīng)首先獲得了鎖 lock.foo，然后進程P1掛掉了。接下來的情況：

1、進程P4執(zhí)行 SETNX lock.foo 以嘗試獲取鎖

2、由于進程P1已獲得了鎖，所以P4執(zhí)行 SETNX lock.foo 返回0，即獲取鎖失敗

3、P4執(zhí)行 GET lock.foo 來檢測鎖是否已超時，如果沒超時，則等待一段時間，再次檢測

4、如果P4檢測到鎖已超時，即當前的時間大于鍵 lock.foo 的值，P4會執(zhí)行以下操作

GETSET lock.foo current Unix timestamp + lock timeout + 1>

5、由于 GETSET 操作在設置鍵的值的同時，還會返回鍵的舊值，通過比較鍵 lock.foo 的舊值是否小于當前時間，可以判斷進程是否已獲得鎖

6、假如另一個進程P5也檢測到鎖已超時，并在P4之前執(zhí)行了 GETSET 操作，那么P4的 GETSET 操作返回的是一個大于當前時間的時間戳，這樣P4就不會獲得鎖而繼續(xù)等待。注意到，即使P4接下來將鍵 lock.foo 的值設置了比P5設置的更大的值也沒影響。

另外，值得注意的是，在進程釋放鎖，即執(zhí)行 DEL lock.foo 操作前，需要先判斷鎖是否已超時。如果鎖已超時，那么鎖可能已由其他進程獲得，這時直接執(zhí)行 DEL lock.foo 操作會導致把其他進程已獲得的鎖釋放掉。

程序代碼

用以下Python代碼來實現(xiàn)上述的使用 SETNX 命令作分布式鎖的算法。

LOCK_TIMEOUT = 3
lock = 0
lock_timeout = 0
lock_key = 'lock.foo'

# 獲取鎖
while lock != 1:
  now = int(time.time())
  lock_timeout = now + LOCK_TIMEOUT + 1
  lock = redis_client.setnx(lock_key, lock_timeout)
  if lock == 1 or (now > int(redis_client.get(lock_key))) and now > int(redis_client.getset(lock_key, lock_timeout)):
    break
  else:
    time.sleep(0.001)

# 已獲得鎖
do_job()

# 釋放鎖
now = int(time.time())
if now  lock_timeout:
  redis_client.delete(lock_key)

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