php之redis两种方法实现分布式锁

为什么需要锁：

redis写入时不带锁定功能，为防止多个进程同时进行一个操作，出现意想不到的结果。例如换领优惠券，如果用户同一时间并发提交换领码，在没有加锁限制的情况下，用户则可以使用同一个换领码同时兑换到多张优惠券。

锁的实现要注意的事项：
  1. 互斥，在任何时刻，对于同一条数据，只有一台应用可以获取到分布式锁；
  2. 不能发生死锁，一台服务器挂了，程序没有执行完，但是redis中的锁却永久存在了，那么已加锁未执行完的数据，就永远得不到处理了，直到人工发现，或者监控发现；
  3. 高可用性，可以保证程序的正常加锁，正常解锁；
  4. 加锁解锁必须由同一台服务器进行，不能出现你加的锁，别人给你解锁了。
Redis锁的重要命令：

SETNX ，（SET IF NOT EXISTS），可以理解为如果不存在则插入；
GETSET，利用了GETSET命令同时获取和赋值的特性，在此期间其他进程无法修改锁的值。

实现原理：
  1. 在进程请求执行操作前进行判断，加锁是否成功，加锁成功允许执行下步操作；
  2. 如果不成功，则判断锁的值（时间戳）是否大于当前时间，如果大于当前时间，则获取锁失败不允许执行下步操作；
  3. 如果锁的值（时间戳）小于当前时间，并且GETSET命令获取到的锁的旧值依然小于当前时间，则获取锁成功允许执行下步操作；
  4. 如果锁的值（时间戳）小于当前时间，并且GETSET命令获取到的锁的旧值大于当前时间，则获取锁失败不允许执行下步操作；

分布式锁实现方法一

以下是Redis实现分布式锁的完整PHP代码：

<?php
/**
 * 实现Redis分布锁
 */
 
$key        = 'test';       //要更新信息的缓存KEY
$lockKey    = 'lock:'.$key; //设置锁KEY
$lockExpire = 10;           //设置锁的有效期为10秒
 
//获取缓存信息
$result = $redis->get($key);
//判断缓存中是否有数据
if(empty($result))
{
    $status = TRUE;
    while ($status)
    {
        //设置锁值为当前时间戳 + 有效期
        $lockValue = time() + $lockExpire;
        /**
         * 创建锁
         * 试图以$lockKey为key创建一个缓存,value值为当前时间戳
         * 由于setnx()函数只有在不存在当前key的缓存时才会创建成功
         * 所以，用此函数就可以判断当前执行的操作是否已经有其他进程在执行了
         * @var [type]
         */
        $lock = $redis->setnx($lockKey, $lockValue);
        /**
         * 满足两个条件中的一个即可进行操作
         * 1、上面一步创建锁成功;
         * 2、   1）判断锁的值（时间戳）是否小于当前时间    $redis->get()
         *      2）同时给锁设置新值成功    $redis->getset()
         */
        if(!empty($lock) || ($redis->get($lockKey) < time() && $redis->getSet($lockKey, $lockValue) < time() ))
        {
            //给锁设置生存时间
            $redis->expire($lockKey, $lockExpire);
            //******************************
            //此处执行插入、更新缓存操作...
            //******************************
 
            //以上程序走完删除锁
            //检测锁是否过期，过期锁没必要删除
            if($redis->ttl($lockKey))
                $redis->del($lockKey);
            $status = FALSE;
        }else{
            /**
             * 如果存在有效锁这里做相应处理
             *      等待当前操作完成再执行此次请求
             *      直接返回
             */
            sleep(2);//等待2秒后再尝试执行操作
        }
    }
}

上面实例的解析：

  1. 进程1获得锁后操作超时/崩溃/删除锁失败
  2. 进程2检测到锁已存在，但获取锁的值对比当前时间发现锁已过期，
  3. 进程2通过GETSET命令重新给锁赋予新的值，并获取到的锁的旧值，再次对比锁的旧值与当前时间，如果锁的旧值依然小于当前时间的话，这时进程2就可以忽略进程1余留下的废锁进行下步操作了。
  4. 进程2完成下步操作后返回前应该删除锁，但在删除锁时可以先检测锁是否还未过期，未过期才做删除操作，已过期的就没必要在去删除锁了，因为很有可能其他进程检测到锁过期时已经去获取锁了。
  5. 这里要说明的是，如果有其他进程在进程2之前获取到锁，那么进程2将获取锁失败，但是进程2在用GETSET获取锁的旧值时也赋予了锁新的值，改写了其他进程赋予锁的超时值。看到这大家可能会有疑问了，进程2没获取到锁怎么能改变锁的值呢？是的，进程2改变了锁的原有值，但这一点小小的时间误差带来的影响是可以忽略。

如果还不是很明白建议：查看原文，原文说的非常清晰，
https://www.cnblogs.com/wenxiong/p/3954174.html

分布式锁实现方法二

php集群的Redis分布式实例：

class RedLock
{
    private $retryDelay;
    private $retryCount;
    private $clockDriftFactor = 0.01;
    private $quorum;
    private $servers = array();
    private $instances = array();

    function __construct(array $servers, $retryDelay = 200, $retryCount = 3){
        $this->servers = $servers;
        $this->retryDelay = $retryDelay;
        $this->retryCount = $retryCount;
        $this->quorum  = min(count($servers), (count($servers) / 2 + 1));
    }
    public function lock($resource, $ttl){
        $this->initInstances();
        $token = uniqid();
        $retry = $this->retryCount;
        do {
            $n = 0;
            $startTime = microtime(true) * 1000;
            foreach ($this->instances as $instance) {
                if ($this->lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)) {
                    $n++;
                }
            }
            # Add 2 milliseconds to the drift to account for Redis expires
            # precision, which is 1 millisecond, plus 1 millisecond min drift
            # for small TTLs.
            $drift = ($ttl * $this->clockDriftFactor) + 2;
            $validityTime = $ttl - (microtime(true) * 1000 - $startTime) - $drift;
            if ($n >= $this->quorum && $validityTime > 0) {
                return [
                    'validity' => $validityTime,
                    'resource' => $resource,
                    'token' => $token,
                ];
            } else {
                foreach ($this->instances as $instance) {
                    $this->unlockInstance($instance, $resource, $token);
                }
            }
            // Wait a random delay before to retry
            $delay = mt_rand(floor($this->retryDelay / 2), $this->retryDelay);
            usleep($delay * 1000);
            $retry--;

        } while ($retry > 0);
        return false;

    }
    public function unlock(array $lock){
        $this->initInstances();
        $resource = $lock['resource'];
        $token  = $lock['token'];
        foreach ($this->instances as $instance) {
            $this->unlockInstance($instance, $resource, $token);
        }
    }
    private function initInstances(){
        if (empty($this->instances)) {
            foreach ($this->servers as $server) {
                list($host, $port, $timeout) = $server;
                $redis = new \Redis();
                $redis->connect($host, $port, $timeout);
                $this->instances[] = $redis;
            }
        }
    }

    private function lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl){
        return $instance->set($resource, $token, ['NX', 'PX' => $ttl]);
    }

    private function unlockInstance($instance, $resource, $token){
        $script = '
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                return redis.call("DEL", KEYS[1])
            else
                return 0
            end
        ';

        return $instance->eval($script, [$resource, $token], 1);
    }
}

调用方法：
注意：下面的集群的服务器地址，要写自己存在的，如果不存在要注释掉；否则报错

$servers = [
    ['127.0.0.1', 6379, 0.01],
    ['127.0.0.1', 6380, 0.01],
    //['127.0.0.1', 6399, 0.01],；
];
$redLock = new RedLock($servers);
while (true) {
    $lock = $redLock->lock('test', 10000);
    if ($lock) {
        print_r($lock);
        //return false;这里在测试时候，可以打开
    } else {
        print "Lock not acquired\n";
    }
}

实现分布式锁用到的Redis命令介绍：

setnx(key, value)

将key的值设为value，当且仅当key不存在。
若给定的key已经存在，则SETNX不做任何动作。
SETNX是”SET if Not eXists”(如果不存在，则SET)的简写。
返回值：
设置成功，返回1。
设置失败，返回0。

get(key)

返回key所关联的字符串值。
如果key不存在则返回特殊值nil。
假如key储存的值不是字符串类型，返回一个错误，因为GET只能用于处理字符串值。
返回值：
key的值。
如果key不存在，返回nil。

getset(key, value)

将给定key的值设为value，并返回key的旧值。
当key存在但不是字符串类型时，返回一个错误。
返回值：
返回给定key的旧值(old value)。
当key没有旧值时，返回nil。

expire(key, seconds)

为给定key设置生存时间。
当key过期时，它会被自动删除。
在Redis中，带有生存时间的key被称作“易失的”(volatile)。
在低于2.1.3版本的Redis中，已存在的生存时间不可覆盖。
从2.1.3版本开始，key的生存时间可以被更新，也可以被PERSIST命令移除。(详情参见 http://redis.io/topics/expire)。
返回值：
设置成功返回1。
当key不存在或者不能为key设置生存时间时(比如在低于2.1.3中你尝试更新key的生存时间)，返回0。

ttl(key)

返回给定key的剩余生存时间(time to live)(以秒为单位)。
返回值：
key的剩余生存时间(以秒为单位)。
当key不存在或没有设置生存时间时，返回-1 。

del(key)

移除给定的一个或多个key。
返回值：
被移除key的数量。

使用分布式锁 实现秒杀的实例有：

主要针对并发情况下，通过redis的分布式锁和队列的方式进行处理的代码
Queue:{商品ID}: 数据类型是有序集合（zset），成员是用户ID，score是用户入队的时间戳
Lock:Queue:{商品ID}: 数据类型是字符串（string）,存储的是该锁的过期时间
goods:{商品ID}:stock: 存储的是商品的库存数量

简单介绍demo代码中的实现思路：

将当前秒杀的商品id作为一个队列名称
$queue_name = “Queue:{商品ID}”；
对$queue_name进行加锁

  • 通过setnx（满足原子性）实现加锁 :$redis->setnx("Lock:Queue:{商品ID}", $expire time)
    加锁成功，给该锁设置一个过期时间，主要是为了防止死锁
    如果加锁失败，通过设置休眠时间，进行循环请求

加锁成功后，判断队列中的成员数是否超过指定的大小

$count = $this->redis->zCard("Queue:{$name}");
if($count >=  $this->redis->get("goods:{$name}:stock")) {
    $this->lockModel->unlock("Queue:$name");
    return '超过指定集合数量';
}

判断用户ID是否存在队列中，如不存在则加入队列（score:存入的是当前时间戳 ）

if (false === $this->redis->zScore("Queue:$name", $user_id)) {
    $this->redis->zAdd("Queue:$name", $score, $user_id);
}

入队成功,进行解锁$redis->del("Lock:Queue:{商品ID}");提示用户抢购成功。成功的用户会跳转到确认购买的页面，点击确认后才会生成订单、出队等后续操作

ps: 针对多个账号，一次性发送多个请求可以通过ip的访问频率的限制来预防

demo代码的下载地址：https://github.com/Ritajiajia/redis_test/tree/master/test/seckill

参考文章有：
https://www.cnblogs.com/wenxiong/p/3954174.html //setnx 实现
https://www.jianshu.com/p/934ddfed599b //lua脚本实现
http://blog.jobbole.com/95156/ 锁秒杀实现实例

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