redis乐观锁与悲观锁的实战
作者：不拿博客专家不改名
概念
Redis是一个内存中的键值存储系统，支持多种数据结构，如字符串、哈希、列表等。Redis提供了两种锁机制，即乐观锁和悲观锁。
乐观锁
乐观锁是一种乐观的并发控制策略，它认为数据在大多数情况下不会被其他线程占用，因此每次需要修改数据时，都不会获取锁，而是直接进行修改。在Redis中，可以通过WATCH和CAS命令来实现乐观锁，WATCH命令用于监视一个或多个键，CAS命令用于检查并更新键的值。
例如，假设有一个计数器键counter，多个客户端都需要对其进行操作。使用乐观锁的方式，可以在每个客户端执行操作之前，先通过WATCH命令监视counter键：
WATCH counter current_count = GET counter new_count = current_count + 1 MULTI SET counter new_count EXEC
然后，在EXEC命令执行之前，使用GET命令再次获取counter键的值，并将其与之前获取的值进行比较。如果值相等，就说明期间没有其他客户端对counter键进行了修改，此时可以使用CAS命令将新值设置到counter键中。如果值不相等，则说明期间有其他客户端对counter键进行了修改，需要重新执行操作。
GET counter
悲观锁
悲观锁是一种悲观的并发控制策略，它认为数据在大多数情况下都会被其他线程占用，因此每次需要修改数据时，都会先获取锁，确保在修改期间没有其他线程可以访问该数据。在Redis中，可以通过WATCH命令来实现悲观锁，该命令可以监视一个或多个键，如果在事务执行期间有任何被监视键的值发生了变化，整个事务会被回滚。
还是上文的例子
WATCH counter current_count = GET counter new_count = current_count + 1 MULTI SET counter new_count EXEC
如果在执行事务期间，有其他客户端修改了counter键，那么整个事务会被回滚，需要重新执行。
悲观锁的优点在于它可以确保数据的一致性，但缺点在于它需要获取锁，可能会引起线程的阻塞，影响并发性能。
乐观锁示例
假设有一个电商平台，用户可以在平台上购买商品。为了保证数据的一致性，我们可以使用Redis的乐观锁来实现商品库存的扣减。
首先，我们需要在Redis中保存每个商品的库存信息，使用hash数据结构来保存，例如：
然后，在业务逻辑中，当用户购买一个商品时，需要执行以下步骤：
- 使用WATCH命令监视商品库存键，例如stock:sku001；
- 使用GET命令获取当前商品库存数量；
- 检查商品库存是否足够，如果不足，直接返回错误信息；
- 计算新的库存数量，并使用MULTI命令开启一个事务；
- 使用HSET命令将新的库存数量保存到Redis中；
- 执行事务，如果在执行期间有其他客户端修改了商品库存，会回滚事务，需要重新执行。
下面是使用Spring Boot实现的示例代码：
@Service
public class OrderService {
private final RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate;
@Autowired
public OrderService(RedisTemplate<String, Integer> redisTemplate) {
this.redisTemplate = redisTemplate;
}
public void placeOrder(String sku, int quantity) {
String stockKey = "stock:" + sku;
while (true) {
// 监视商品库存键，以便在事务开始前检测是否有其他客户端修改了库存
redisTemplate.watch(stockKey);
// 获取当前库存数量
int currentStock = redisTemplate.opsForHash().get(stockKey, sku);
// 检查库存是否足够
if (currentStock < quantity) {
// 库存不足，放弃事务并抛出异常
redisTemplate.unwatch();
throw new RuntimeException("Out of stock");
}
// 计算新的库存数量
int newStock = currentStock - quantity;
// 开始事务
redisTemplate.multi();
// 更新库存数量
redisTemplate.opsForHash().put(stockKey, sku, newStock);
// 提交事务
List<Object> results = redisTemplate.exec();
// 如果事务执行成功，则退出循环
if (results != null) {
break;
}
// 如果事务执行失败，则重试
}
}
}在上面的代码中，我们使用RedisTemplate来操作Redis，其中watch方法用于监视商品库存键，opsForHash方法用于获取和修改商品库存的值，multi和exec方法用于开启和提交事务。
悲观锁示例
除了乐观锁，Redis还支持悲观锁，可以通过设置NX（Not Exist）或XX（Exist）标志来实现。例如，当NX标志设置为true时，如果锁不存在，会返回OK，并创建一个锁；如果锁已经存在，会返回null，表示获取锁失败。反之，当XX标志设置为true时，如果锁已经存在，会返回OK，表示获取锁成功；如果锁不存在，会返回null，表示获取锁失败。
下面是使用Spring Boot实现的悲观锁示例代码：
@Service
public class OrderService {
private final RedisTemplate<String, String> redisTemplate;
@Autowired
public OrderService(RedisTemplate<String, String> redisTemplate) {
this.redisTemplate = redisTemplate;
}
public void placeOrder(String sku, int quantity) {
String lockKey = "lock:" + sku;
// 尝试获取锁，如果锁已经存在，说明有其他线程正在执行相关操作
Boolean locked = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "locked");
if (!locked) {
// 获取锁失败，抛出异常
throw new RuntimeException("Unable to acquire lock");
}
// 设置锁的过期时间，防止锁被一直占用
redisTemplate.expire(lockKey, 10, TimeUnit.SECONDS);
try {
// 执行订单创建、扣减库存等操作
} finally {
// 释放锁
redisTemplate.delete(lockKey);
}
}
}在上面的代码中，我们使用setIfAbsent方法来尝试获取锁，如果锁已经存在，说明其他线程正在执行相关操作，此时会返回false，表示获取锁失败；否则，会返回true，表示获取锁成功。如果获取锁成功，我们会设置锁的过期时间，并执行相关操作，最后释放锁。
总结提升
需要注意的是，悲观锁一般适用于并发量不大的场景，如果并发量较高，容易导致性能问题。因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的锁策略。
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