Redisson公平锁的源码解读分享
作者：王谷雨
Redisson是一个在Redis的基础上实现的Java驻内存数据网格（In-Memory Data Grid）。这篇文章主要通过源码和大家聊聊Redisson公平锁，需要的可以了解一下
前言
我在上一篇文章聊了Redisson的分布式锁，这次继续来聊聊Redisson的公平锁。下面是官方原话：
它保证了当多个Redisson客户端线程同时请求加锁时，优先分配给先发出请求的线程。所有请求线程会在一个队列中排队，当某个线程出现宕机时，Redisson会等待5秒后继续下一个线程，也就是说如果前面有5个线程都处于等待状态，那么后面的线程会等待至少25秒。
源码版本：3.17.7
这是我 fork 的分支，添加了自己理解的中文注释：https://github.com/xiaoguyu/redisson
公平锁
先上官方例子：
RLock fairLock = redisson.getFairLock("anyLock");
// 尝试加锁，最多等待100秒，上锁以后10秒自动解锁
boolean res = fairLock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);
...
fairLock.unlock();
因为在Redisson中，公平锁和普通可重入锁的逻辑大体上一样，我在上一篇文章都介绍了，这里就不再赘述。下面开始介绍合理逻辑。
加锁
加锁的 lua 脚本在 RedissonFairLock#tryLockInnerAsync方法中
<T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
long wait = threadWaitTime;
if (waitTime > 0) {
wait = unit.toMillis(waitTime);
}
long currentTime = System.currentTimeMillis();
if (command == RedisCommands.EVAL_NULL_BOOLEAN) {
......
}
if (command == RedisCommands.EVAL_LONG) {
return evalWriteAsync(getRawName(), LongCodec.INSTANCE, command,
// remove stale threads
"while true do " + // list为空，证明没有人排队，退出循环
"local firstThreadId2 = redis.call('lindex', KEYS[2], 0);" +
"if firstThreadId2 == false then " +
"break;" +
"end;" +
// 能到这里，证明有人排队，拿出在排队的第一个人的超时时间，如果超时了，则移除相应数据
"local timeout = tonumber(redis.call('zscore', KEYS[3], firstThreadId2));" +
"if timeout <= tonumber(ARGV[4]) then " +
// remove the item from the queue and timeout set
// NOTE we do not alter any other timeout
"redis.call('zrem', KEYS[3], firstThreadId2);" +
"redis.call('lpop', KEYS[2]);" +
"else " +
"break;" +
"end;" +
"end;" +
// check if the lock can be acquired now
// 检查是否可以获取锁。如果hash和list都不存在，或者线程队列的第一个是当前线程，则可以获取锁
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) " +
"and ((redis.call('exists', KEYS[2]) == 0) " +
"or (redis.call('lindex', KEYS[2], 0) == ARGV[2])) then " +
// remove this thread from the queue and timeout set
// 都获取锁了，当然要从线程队列和时间队列中移除
"redis.call('lpop', KEYS[2]);" +
"redis.call('zrem', KEYS[3], ARGV[2]);" +
// decrease timeouts for all waiting in the queue
// 刷新时间集合中的时间
"local keys = redis.call('zrange', KEYS[3], 0, -1);" +
"for i = 1, #keys, 1 do " +
"redis.call('zincrby', KEYS[3], -tonumber(ARGV[3]), keys[i]);" +
"end;" +
// acquire the lock and set the TTL for the lease
// 和公平锁的设置一样，值加1并且设置过期时间
"redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1);" +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);" +
"return nil;" +
"end;" +
// check if the lock is already held, and this is a re-entry
// 能到这里，证明前面拿不到锁，但是也要做可重入锁的处理
"if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1 then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2],1);" +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);" +
"return nil;" +
"end;" +
// the lock cannot be acquired
// check if the thread is already in the queue
// 时间集合中有值，证明线程已经在队列中，不需要往后执行逻辑了
"local timeout = redis.call('zscore', KEYS[3], ARGV[2]);" +
"if timeout ~= false then " +
// the real timeout is the timeout of the prior thread
// in the queue, but this is approximately correct, and
// avoids having to traverse the queue
// 因为下面的timeout = ttl + tonumber(ARGV[3]) + tonumber(ARGV[4])
// 所以这里的ttl = timeout - tonumber(ARGV[3]) - tonumber(ARGV[4])
"return timeout - tonumber(ARGV[3]) - tonumber(ARGV[4]);" +
"end;" +
// add the thread to the queue at the end, and set its timeout in the timeout set to the timeout of
// the prior thread in the queue (or the timeout of the lock if the queue is empty) plus the
// threadWaitTime
"local lastThreadId = redis.call('lindex', KEYS[2], -1);" +
"local ttl;" +
// 如果最后一个线程不是当前线程，则从时间集合取出（举例：线程1/2/3按顺序获取锁，此时pttl得到的是线程1的锁过期时间，zscore拿到的是线程2的锁的过期时间，此时线程3应该以线程2的为准）
"if lastThreadId ~= false and lastThreadId ~= ARGV[2] then " +
"ttl = tonumber(redis.call('zscore', KEYS[3], lastThreadId)) - tonumber(ARGV[4]);" +
"else " +
// 否则直接获取锁的存活时间
"ttl = redis.call('pttl', KEYS[1]);" +
"end;" +
// 过期时间 = 锁存活时间 + 等待时间 + 当前时间戳
"local timeout = ttl + tonumber(ARGV[3]) + tonumber(ARGV[4]);" +
// 如果添加到时间集合成功，则同时添加线程集合
"if redis.call('zadd', KEYS[3], timeout, ARGV[2]) == 1 then " +
"redis.call('rpush', KEYS[2], ARGV[2]);" +
"end;" +
"return ttl;",
Arrays.asList(getRawName(), threadsQueueName, timeoutSetName),
unit.toMillis(leaseTime), getLockName(threadId), wait, currentTime);
}
throw new IllegalArgumentException();
}
公平锁总共用了Redis的三种数据类型，对应着 lua 脚本里面的keys1、2、3的参数：
KEYS[1]
锁的名字，使用 Hash 数据类型，是可重入锁的基础，结构为 {”threadId1”: 1, “thread2”: 1}，key为线程id，value是锁的次数
KEYS[2]
线程队列的名字，使用 List 数据类型，结构为 [ “threadId1”, “threadId2” ]，按顺序存放需要获取锁的线程的id
KEYS[3]
时间队列的名字，使用 sorted set 数据类型，结构为 {”threadId2”:123, “threadId1”:190}，key为线程id，value为获取锁的超时时间戳
我下面会用 锁、线程队列、时间队列 来表示这3个数据结构，需要注意下我的表述。
同样的，介绍下参数：
- ARGV[1]：leaseTime 锁的持有时间
- ARGV[2]：线程id（描述不太准确，暂时按这样理解）
- ARGV[3]：waitTime 尝试获取锁的最大等待时间
- ARGV[4]：currentTime 当前时间戳
接下来，我们一段一段分析 lua 脚本，首先看最开始的 while 循环
"while true do " + // list为空，证明没有人排队，退出循环
"local firstThreadId2 = redis.call('lindex', KEYS[2], 0);" +
"if firstThreadId2 == false then " +
"break;" +
"end;" +
// 能到这里，证明有人排队，拿出在排队的第一个人的超时时间，如果超时了，则移除相应数据
"local timeout = tonumber(redis.call('zscore', KEYS[3], firstThreadId2));" +
"if timeout <= tonumber(ARGV[4]) then " +
// 从时间队列和线程队列中移除
"redis.call('zrem', KEYS[3], firstThreadId2);" +
"redis.call('lpop', KEYS[2]);" +
"else " +
"break;" +
"end;" +
"end;" +
具体的逻辑我在注释中写的很清楚了，看的时候记住 KEYS[2]、KEYS[3] 对应着线程队列和时间队列接口。主要注意的是，线程队列只有当一个线程持有锁，另一个线程获取不到锁时，才会有值（前面有人才排队，没人排什么队）。接着看第二段
// 检查是否可以获取锁。当锁不存在，并且线程队列不存在或者线程队列第一位是当前线程，则可以获取锁
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) " +
"and ((redis.call('exists', KEYS[2]) == 0) or (redis.call('lindex', KEYS[2], 0) == ARGV[2])) then " +
// remove this thread from the queue and timeout set
// 都获取锁了，当然要从线程队列和时间队列中移除
"redis.call('lpop', KEYS[2]);" +
"redis.call('zrem', KEYS[3], ARGV[2]);" +
// decrease timeouts for all waiting in the queue
// 刷新时间队列中的时间
"local keys = redis.call('zrange', KEYS[3], 0, -1);" +
"for i = 1, #keys, 1 do " +
"redis.call('zincrby', KEYS[3], -tonumber(ARGV[3]), keys[i]);" +
"end;" +
// acquire the lock and set the TTL for the lease
// 和公平锁的设置一样，值加1并且设置过期时间
"redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1);" +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);" +
"return nil;" +
"end;" +
翻译翻译就是，锁不存在（别人没有持有锁）并且线程队列不存在或者线程队列第一位是当前线程（不用排队或者自己排第一）才能获得锁。因为时间队列中存放的是各个线程等待锁的超时时间戳，所以每次都需要刷新下。继续下一段逻辑
// 能到这里，证明前面拿不到锁，但是也要做可重入锁的处理
"if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1 then " +
"redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2],1);" +
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);" +
"return nil;" +
"end;" +
这是可重入锁的处理，继续下一段
// 时间队列中有值，证明线程已经在队列中，不需要往后执行逻辑了
"local timeout = redis.call('zscore', KEYS[3], ARGV[2]);" +
"if timeout ~= false then " +
// the real timeout is the timeout of the prior thread
// in the queue, but this is approximately correct, and
// avoids having to traverse the queue
// 因为下面的timeout = ttl + tonumber(ARGV[3]) + tonumber(ARGV[4])
// 所以这里的ttl = timeout - tonumber(ARGV[3]) - tonumber(ARGV[4])
"return timeout - tonumber(ARGV[3]) - tonumber(ARGV[4]);" +
"end;" +
举例子：线程1持有锁，线程2尝试第一次获取锁（不进入这段if），线程2第二次获取锁（进入了这段if）。继续下一段
"local lastThreadId = redis.call('lindex', KEYS[2], -1);" +
"local ttl;" +
// 如果最后一个线程不是当前线程，则从时间集合取出（举例：线程1/2/3按顺序获取锁，此时pttl得到的是线程1的锁过期时间，zscore拿到的是线程2的锁的过期时间，此时线程3应该以线程2的为准）
"if lastThreadId ~= false and lastThreadId ~= ARGV[2] then " +
"ttl = tonumber(redis.call('zscore', KEYS[3], lastThreadId)) - tonumber(ARGV[4]);" +
"else " +
// 否则直接获取锁的存活时间
"ttl = redis.call('pttl', KEYS[1]);" +
"end;" +
// 过期时间 = 锁存活时间 + 等待时间 + 当前时间戳
"local timeout = ttl + tonumber(ARGV[3]) + tonumber(ARGV[4]);" +
// 如果添加到时间集合成功，则同时添加线程集合
"if redis.call('zadd', KEYS[3], timeout, ARGV[2]) == 1 then " +
"redis.call('rpush', KEYS[2], ARGV[2]);" +
"end;" +
"return ttl;",
ttl 这段的获取逻辑，翻译翻译就是，如果前面有人排队，就以前面的超时时间为准，如果没人排队，就拿锁的超时时间。获取到 ttl ，就对添加到线程集合和时间集合。
以上就是公平锁的加锁 lua 脚本的全部逻辑。讲的有点乱，但是只要能搞清楚keys1、2、3对应着哪种数据类型，理解整个逻辑应该问题不大。
解锁
解锁的核心 lua 脚本是下面这段RedissonFairLock#unlockInnerAsync
protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId) {
return evalWriteAsync(getRawName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
// remove stale threads
"while true do " // 线程队列为空，证明没有人排队，退出循环
+ "local firstThreadId2 = redis.call('lindex', KEYS[2], 0);"
+ "if firstThreadId2 == false then "
+ "break;"
+ "end; "
// 能到这里，证明有人排队，拿出在排队的第一个人的超时时间，如果超时了，则移除相应数据
+ "local timeout = tonumber(redis.call('zscore', KEYS[3], firstThreadId2));"
+ "if timeout <= tonumber(ARGV[4]) then "
+ "redis.call('zrem', KEYS[3], firstThreadId2); "
+ "redis.call('lpop', KEYS[2]); "
+ "else "
+ "break;"
+ "end; "
+ "end;"
// 如果锁不存在，则通过订阅发布机制通知下一个等待中的线程
+ "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
"local nextThreadId = redis.call('lindex', KEYS[2], 0); " +
"if nextThreadId ~= false then " +
"redis.call('publish', KEYS[4] .. ':' .. nextThreadId, ARGV[1]); " +
"end; " +
"return 1; " +
"end;" +
// 如果当前线程已经不存在锁里面，直接返回null
"if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
"return nil;" +
"end; " +
// 可重入锁处理逻辑，对当前线程的锁次数减1
"local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
"if (counter > 0) then " +
// 锁次数仍然大于0，则刷新锁的存活时间
"redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
"return 0; " +
"end; " +
// 删除锁
"redis.call('del', KEYS[1]); " +
// 订阅发布机制通知下一个等待中的线程
"local nextThreadId = redis.call('lindex', KEYS[2], 0); " +
"if nextThreadId ~= false then " +
"redis.call('publish', KEYS[4] .. ':' .. nextThreadId, ARGV[1]); " +
"end; " +
"return 1; ",
Arrays.asList(getRawName(), threadsQueueName, timeoutSetName, getChannelName()),
LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, internalLockLeaseTime, getLockName(threadId), System.currentTimeMillis());
}
算了，不想写了，看注释吧。
总结
本文介绍了Redisson的公平锁，逻辑大体上和普通可重入锁一致，核心在于 lua 脚本，运用了Redis的3种数据类型。
到此这篇关于Redisson公平锁的源码解读分享的文章就介绍到这了,更多相关Redisson公平锁内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！