Java 分布式锁学习的 Redlock 算法

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Java分布式锁进阶：深入理解Redlock算法实现原理

在分布式系统中，如何确保多个服务节点对共享资源的互斥访问是一个核心挑战。Redlock算法作为Redis官方推荐的分布式锁实现方案，为Java开发者提供了一种可靠的解决方案。本文将全面解析Redlock算法的实现机制、适用场景以及在实际Java项目中的应用实践。

Redlock算法核心思想

Redlock算法由Redis作者Salvatore Sanfilippo提出，旨在解决基于Redis的分布式锁实现中的单点故障问题。与简单的单节点Redis锁不同，Redlock通过在多个独立的Redis节点上获取锁来提高系统的容错能力。

该算法的基本思路是：客户端需要依次向N个完全独立的Redis节点申请锁，当且仅当从大多数节点（N/2+1）上成功获取锁时，才认为锁获取成功。这种设计使得即使部分节点发生故障，整个锁服务仍然可以正常工作。

Redlock算法实现步骤详解

获取当前时间：客户端首先记录获取锁开始时的精确时间（毫秒级）
依次尝试获取锁：客户端使用相同的key和随机值，依次向所有Redis实例发送SET命令，并设置超时时间（通常远小于锁的自动释放时间）
计算获取锁耗时：客户端计算获取锁过程的总耗时（当前时间减去步骤1记录的时间）
验证锁的有效性：只有当客户端在大多数节点上成功获取锁（N/2+1），且总耗时小于锁的有效时间时，才认为锁获取成功
锁的实际有效时间：锁的实际有效时间等于初始设置的有效时间减去获取锁的总耗时
释放锁：无论是否成功获取锁，客户端都需要向所有节点发送释放锁的请求

Java实现Redlock的关键代码

以下是使用Jedis实现Redlock算法的核心代码片段：

public class RedLock {
    private List<Jedis> jedisList;
    private String lockKey;
    private String lockValue;
    private int lockTime;

    public RedLock(List<Jedis> jedisList, String lockKey, int lockTime) {
        this.jedisList = jedisList;
        this.lockKey = lockKey;
        this.lockValue = UUID.randomUUID().toString();
        this.lockTime = lockTime;
    }

    public boolean tryLock() {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        int successCount = 0;

        try {
            for (Jedis jedis : jedisList) {
                if ("OK".equals(jedis.set(lockKey, lockValue, "NX", "PX", lockTime))) {
                    successCount++;
                }
            }

            long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
            return successCount >= jedisList.size()/2 + 1 
                   && elapsedTime < lockTime;
        } finally {
            if (successCount < jedisList.size()/2 + 1) {
                unlock(); // 获取失败时释放可能已获取的锁
            }
        }
    }

    public void unlock() {
        for (Jedis jedis : jedisList) {
            try {
                // 使用Lua脚本确保只有锁的持有者才能释放锁
                String script = "if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
                               "return redis.call('del', KEYS[1]) " +
                               "else return 0 end";
                jedis.eval(script, Collections.singletonList(lockKey), 
                          Collections.singletonList(lockValue));
            } catch (Exception e) {
                // 忽略异常，继续尝试释放其他节点的锁
            }
        }
    }
}