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Redis如何实现可重入锁的设计

这篇文章主要介绍redis如何实现可重入锁的设计，文中介绍的非常详细，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们一定要看完！

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但是仍然有些场景是不满⾜的，例如⼀ 个⽅法获取到锁之后，可能在⽅法内调这个⽅法此时就获取不到锁了。这个时候我们就需要把锁改进成可 重⼊锁了。 重⼊锁，指的是以线程为单位，当⼀个线程获取对象锁之后，这个线程可以再次获取本对象上的锁，⽽其 他的线程是不可以的。可重⼊锁的意义在于防⽌死锁。 实现原理是通过为每个锁关联⼀个请求计数器和⼀个占有它的线程。当计数为 0 时，认为锁是未被占有 的；线程请求⼀个未被占有的锁时，JVM 将记录锁的占有者，并且将请求计数器置为 1 。 如果同⼀个线程再次请求这个锁，计数将递增；每次占⽤线程退出同步块，计数器值将递减。直到计数器 为 0, 锁被释放。 关于⽗类和⼦类的锁的重⼊：⼦类覆写了⽗类的 synchonized ⽅法，然后调⽤⽗类中的⽅法，此时如果没有重⼊的锁，那么这段代码将产⽣死锁。

代码演示

不可重⼊

  • 不可重⼊锁
    Redis如何实现可重入锁的设计

  • 使用不可重入锁Redis如何实现可重入锁的设计
    当前线程执⾏ call() ⽅法⾸先获取 lock，接下来执⾏ inc() ⽅法就⽆法执⾏ inc() 中的逻辑，必须先释放锁。该例很好的说明了不可重⼊锁。

可重入锁

  • 锁实现
    Redis如何实现可重入锁的设计

  • 锁使用Redis如何实现可重入锁的设计

可重⼊意味着线程可进⼊它已经拥有的锁的同步代码块。

设计两个线程调⽤ call() ⽅法，第⼀个线程调⽤ call() ⽅法获取锁，进⼊ lock() ⽅法，由于初始 lockedBy 是 null，所以不会进⼊ while ⽽挂起当前线程，⽽是增量 lockedCount 并记录 lockBy 为第 ⼀个线程。

接着第⼀个线程进⼊ inc() ⽅法，由于同⼀进程，所以不会进⼊ while ⽽挂起，接着增量 lockedCount，当第⼆个线程尝试 lock，由于 isLocked=true, 所以他不会获取该锁，直到第⼀个线程调⽤两次 unlock() 将 lockCount 递减为 0，才将标记为 isLocked 设置为 false。

设计思路

假设锁的key为“lock”，hashKey是当前线程的id：“threadId”，锁自动释放时间假设为20。

获取锁

判断lock是否存在 EXISTS lock

  • 不存在，则自己获取锁，记录重入层数为1.

  • 存在，说明有人获取锁了，继续判断是不是自己的锁，即判断当前线程id作为hashKey是否存在：HEXISTS lock threadId

    • 不存在，说明锁已经有了，且不是自己获取的，锁获取失败.

    • 存在，说明是自己获取的锁，重入次数+1： HINCRBY lock threadId 1 ，最后更新锁自动释放时间， EXPIRE lock 20
      Redis如何实现可重入锁的设计

释放锁

判断当前线程id作为hashKey是否存在： HEXISTS lock threadId

  • 不存在，说明锁已失效

  • 存在，说明锁还在，重入次数减1： HINCRBY lock threadId -1 ，

    • 获取新的重入次数，判断重入次数是否为0，为0说明锁全部释放，删除key： DEL lock

因此，存储在锁中的信息就必须包含：key、线程标识、重入次数。不能再使用简单的 key-value 结构， 这里推荐使用 hash 结构。而且要让所有指令都在同一个线程中操作，那么使用 lua 脚本。

lua 脚本

lock.lua

local key = KEYS[1]; -- 第1个参数,锁的keylocal threadId = ARGV[1]; -- 第2个参数,线程唯一标识local releaseTime = ARGV[2]; -- 第3个参数,锁的自动释放时间if(redis.call('exists', key) == 0) then -- 判断锁是否已存在
    redis.call('hset', key, threadId, '1'); -- 不存在, 则获取锁
    redis.call('expire', key, releaseTime); -- 设置有效期
    return 1; -- 返回结果end;if(redis.call('hexists', key, threadId) == 1) then -- 锁已经存在，判断threadId是否是自己    
    redis.call('hincrby', key, threadId, '1'); -- 如果是自己，则重入次数+1
    redis.call('expire', key, releaseTime); -- 设置有效期
    return 1; -- 返回结果end;return 0; -- 代码走到这里,说明获取锁的不是自己，获取锁失败

unlock.lua

-- 锁的 keylocal key = KEYS[1];-- 线程唯一标识local threadId = ARGV[1];-- 判断当前锁是否还是被自己持有if (redis.call('hexists', key, threadId) == 0) then--     如果已经不是自己，则直接返回
    return nil;end;-- 是自己的锁，则重入次数减一local count = redis.call('hincrby', key, threadId, -1);-- 判断重入次数是否已为0if (count == 0) then--     等于 0，说明可以释放锁，直接删除
    redis.call('del', key);
    return nil;end;

在项目中集成

编写 RedisLock 类

@Getter@Setterpublic class RedisLock {

    private RedisTemplate redisTemplate;
    private DefaultRedisScript lockScript;
    private DefaultRedisScript unlockScript;

    public RedisLock(RedisTemplate redisTemplate) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        // 加载释放锁的脚本
        this.lockScript = new DefaultRedisScript<>();
        this.lockScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lock.lua")));
        this.lockScript.setResultType(Long.class);
        // 加载释放锁的脚本
        this.unlockScript = new DefaultRedisScript<>();
        this.unlockScript.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("unlock.lua")));
    }

    /**
     * 获取锁
     * @param lockName 锁名称
     * @param releaseTime 超时时间(单位:秒)
     * @return key 解锁标识
     */
    public String tryLock(String lockName, long releaseTime) {
        // 存入的线程信息的前缀，防止与其它JVM中线程信息冲突
        String key = UUID.randomUUID().toString();

        // 执行脚本
        Long result = (Long)redisTemplate.execute(
                lockScript,
                Collections.singletonList(lockName),
                key + Thread.currentThread().getId(), releaseTime);

        // 判断结果
        if(result != null && result.intValue() == 1) {
            return key;
        }else {
            return null;
        }
    }
    /**
     * 释放锁
     * @param lockName 锁名称
     * @param key 解锁标识
     */
    public void unlock(String lockName, String key) {
        // 执行脚本
        redisTemplate.execute(
                unlockScript,
                Collections.singletonList(lockName),
                key + Thread.currentThread().getId(), null);
    }}
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