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怎么用Go和Redis实现分布式互斥锁和红锁

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2026-08-22
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互斥锁Redis里有一个设置如果不存在的命令,我们可以通过这个命令来实现互斥锁功能,在Redis官方文档里面推荐的标准实现方式是SETresource_namemy_random_valueNXPX30000这串命令,其中:resource_name表示要锁定的资源NX表示如果不存在则设置PX30000表示过期时间为30000毫秒,也就是30秒my_random_value这个值在所有的客户端必须是唯一的,所有同一key的锁竞争者这个值都不能一样。值必须是随机数主要是为了更安全的释放锁,释放锁的时候使用脚

本文目录

    互斥锁

    Redis里有一个设置如果不存在的命令,我们可以通过这个命令来实现互斥锁功能,在Redis官方文档里面推荐的标准实现方式是SET resource_name my_random_value NX PX 30000这串命令,其中:

    • resource_name表示要锁定的资源

    • NX表示如果不存在则设置

    • PX 30000表示过期时间为30000毫秒,也就是30秒

    • my_random_value这个值在所有的客户端必须是唯一的,所有同一key的锁竞争者这个值都不能一样。

    值必须是随机数主要是为了更安全的释放锁,释放锁的时候使用脚本告诉Redis:只有key存在并且存储的值和我指定的值一样才能告诉我删除成功,避免错误释放别的竞争者的锁。

    由于涉及到两个操作,因此我们需要通过Lua脚本保证操作的原子性:

    if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
        return redis.call("del",KEYS[1])
    else
        return 0
    end

    举个不用Lua脚本的例子:客户端A取得资源锁,但是紧接着被一个其他操作阻塞了,当客户端A运行完毕其他操作后要释放锁时,原来的锁早已超时并且被Redis自动释放,并且在这期间资源锁又被客户端B再次获取到。

    因为判断和删除是两个操作,所以有可能A刚判断完锁就过期自动释放了,然后B就获取到了锁,然后A又调用了Del,导致把B的锁给释放了。

    TryLock和Unlock实现

    TryLock其实就是使用SET resource_name my_random_value NX PX 30000加锁,这里使用UUID作为随机值,并且在加锁成功时把随机值返回,这个随机值会在Unlock时使用;

    Unlock解锁逻辑就是执行前面说到的lua脚本。

    func (l *Lock) TryLock(ctx context.Context) error {
       success, err := l.client.SetNX(ctx, l.resource, l.randomValue, ttl).Result()
       if err != nil {
          return err
       }
       // 加锁失败
       if !success {
          return ErrLockFailed
       }
       // 加锁成功
       l.randomValue = randomValue
       return nil
    }
    
    func (l *Lock) Unlock(ctx context.Context) error {
       return l.script.Run(ctx, l.client, []string{l.resource}, l.randomValue).Err()
    }
    Lock实现

    Lock是阻塞的获取锁,因此在加锁失败的时候,需要重试。当然也可能出现其他异常情况(比如网络问题,请求超时等),这些情况则直接返回error。

    步骤如下:

    • 尝试加锁,加锁成功直接返回

    • 加锁失败则不断循环尝试加锁直到成功或出现异常情况

    func (l *Lock) Lock(ctx context.Context) error {
      // 尝试加锁
      err := l.TryLock(ctx)
      if err == nil {
        return nil
      }
      if !errors.Is(err, ErrLockFailed) {
        return err
      }
      // 加锁失败,不断尝试
      ticker := time.NewTicker(l.tryLockInterval)
      defer ticker.Stop()
      for {
        select {
        case <-ctx.Done():
          // 超时
          return ErrTimeout
        case <-ticker.C:
          // 重新尝试加锁
          err := l.TryLock(ctx)
          if err == nil {
            return nil
          }
          if !errors.Is(err, ErrLockFailed) {
            return err
          }
        }
      }
    }

    实现看门狗机制

    我们前面的例子中提到的互斥锁有一个小问题,就是如果持有锁客户端A被阻塞,那么A的锁可能会超时被自动释放,导致客户端B提前获取到锁。

    为了减少这种情况的发生,我们可以在A持有锁期间,不断地延长锁的过期时间,减少客户端B提前获取到锁的情况,这就是看门狗机制。

    当然,这没办法完全避免上述情况的发生,因为如果客户端A获取锁之后,刚好与Redis的连接关闭了,这时候也就没办法延长超时时间了。

    看门狗实现

    加锁成功时启动一个线程,不断地延长锁地过期时间;在Unlock时关闭看门狗线程。

    看门狗流程如下:

    • 加锁成功,启动看门狗

    • 看门狗线程不断延长锁的过程时间

    • 解锁,关闭看门狗

    func (l *Lock) startWatchDog() {
      ticker := time.NewTicker(l.ttl / 3)
      defer ticker.Stop()
      for {
        select {
        case <-ticker.C:
          // 延长锁的过期时间
          ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), l.ttl/3*2)
          ok, err := l.client.Expire(ctx, l.resource, l.ttl).Result()
          cancel()
          // 异常或锁已经不存在则不再续期
          if err != nil || !ok {
            return
          }
        case <-l.watchDog:
          // 已经解锁
          return
        }
      }
    }

    TryLock:启动看门狗

    func (l *Lock) TryLock(ctx context.Context) error {
      success, err := l.client.SetNX(ctx, l.resource, l.randomValue, l.ttl).Result()
      if err != nil {
        return err
      }
      // 加锁失败
      if !success {
        return ErrLockFailed
      }
      // 加锁成功,启动看门狗
      go l.startWatchDog()
      return nil
    }

    Unlock:关闭看门狗

    func (l *Lock) Unlock(ctx context.Context) error {
      err := l.script.Run(ctx, l.client, []string{l.resource}, l.randomValue).Err()
      // 关闭看门狗
      close(l.watchDog)
      return err
    }

    红锁

    由于上面的实现是基于单Redis实例,如果这个唯一的实例挂了,那么所有请求都会因为拿不到锁而失败,为了提高容错性,我们可以使用多个分布在不同机器上的Redis实例,并且只要拿到其中大多数节点的锁就能加锁成功,这就是红锁算法。它其实也是基于上面的单实例算法的,只是我们需要同时对多个Redis实例获取锁。

    加锁实现

    在加锁逻辑里,我们主要是对每个Redis实例执行SET resource_name my_random_value NX PX 30000获取锁,然后把成功获取锁的客户端放到一个channel里(这里因为是多线程并发获取锁,使用slice可能有并发问题),同时使用sync.WaitGroup等待所有获取锁操作结束。

    然后判断成功获取到的锁的数量是否大于一半,如果没有得到一半以上的锁,说明加锁失败,释放已经获得的锁。

    如果加锁成功,则启动看门狗延长锁的过期时间。

    func (l *RedLock) TryLock(ctx context.Context) error {
      randomValue := gofakeit.UUID()
      var wg sync.WaitGroup
      wg.Add(len(l.clients))
      // 成功获得锁的Redis实例的客户端
      successClients := make(chan *redis.Client, len(l.clients))
      for _, client := range l.clients {
        go func(client *redis.Client) {
          defer wg.Done()
          success, err := client.SetNX(ctx, l.resource, randomValue, ttl).Result()
          if err != nil {
            return
          }
          // 加锁失败
          if !success {
            return
          }
          // 加锁成功,启动看门狗
          go l.startWatchDog()
          successClients <- client
        }(client)
      }
      // 等待所有获取锁操作完成
      wg.Wait()
      close(successClients)
      // 如果成功加锁得客户端少于客户端数量的一半+1,表示加锁失败
      if len(successClients) < len(l.clients)/2+1 {
        // 就算加锁失败,也要把已经获得的锁给释放掉
        for client := range successClients {
          go func(client *redis.Client) {
            ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), ttl)
            l.script.Run(ctx, client, []string{l.resource}, randomValue)
            cancel()
          }(client)
        }
        return ErrLockFailed
      }
    
      // 加锁成功,启动看门狗
      l.randomValue = randomValue
      l.successClients = nil
      for successClient := range successClients {
        l.successClients = append(l.successClients, successClient)
      }
    
      return nil
    }
    看门狗实现

    我们需要延长所有成功获取到的锁的过期时间。

    func (l *RedLock) startWatchDog() {
      l.watchDog = make(chan struct{})
      ticker := time.NewTicker(resetTTLInterval)
      defer ticker.Stop()
      for {
        select {
        case <-ticker.C:
          // 延长锁的过期时间
          for _, client := range l.successClients {
            go func(client *redis.Client) {
              ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), ttl-resetTTLInterval)
              client.Expire(ctx, l.resource, ttl)
              cancel()
            }(client)
          }
        case <-l.watchDog:
          // 已经解锁
          return
        }
      }
    }
    解锁实现

    我们需要解锁所有成功获取到的锁。

    func (l *RedLock) Unlock(ctx context.Context) error {
       for _, client := range l.successClients {
          go func(client *redis.Client) {
             l.script.Run(ctx, client, []string{l.resource}, l.randomValue)
          }(client)
       }
       // 关闭看门狗
       close(l.watchDog)
       return nil
    }
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