PHP 使用 Redis 实现分布式锁

Coly 发布于2019-07-01 12:46 / 1149人阅读

摘要：由于执行的原子性所以不要在中执行过长开销的程序，否则会验证影响其它请求的执行。同一个脚本生成的签名都是相同的，所以签名可以先在本地生成，然后在服务器上一次脚本，程序中只需保存和使用该签名即可。同样的脚本，是始终生成相同的签名的。

Last-Modified: 2019年6月5日15:59:34

参考链接

PHP使用Redis+Lua脚本操作的注意事项

《Redis官方文档》用Redis构建分布式锁

锁实现的注意点

互斥: 任意时刻, 只能有一个客户端获得锁

不会死锁: 客户端持有锁期间崩溃, 没有主动解除锁, 能保证后续的其他客户端获得锁

锁归属标识: 加锁和解锁的必须是同一个客户端, 客户端不能解掉非自己持有的锁(锁应具备标识)

如果是Redis集群, 还得考虑具有容错性: 只要大部分Redis节点正常运行, 客户端就可以加锁和解锁.

以下只考虑 Redis单机部署的场景.

如果是Redis集群部署, 可以使用

加锁

php 加锁示例

$redis = new Redis();
$redis->pconnect("127.0.0.1", 6379);
$redis->auth("password");    // 密码验证
$redis->select(1);    // 选择所使用的数据库, 默认有16个

$key = "...";
$value = "...";
$expire = 3;

// 参数解释 ↓
// $value 加锁的客户端请求标识, 必须保证在所有获取锁清秋的客户端里保持唯一, 满足上面的第3个条件: 加锁/解锁的是同一客户端
// "NX" 仅在key不存在时加锁, 满足条件1: 互斥型
// "EX" 设置锁过期时间, 满足条件2: 避免死锁
$redis->set($key, $value, ["NX", "EX" => $expire])

执行上面代码结果:

$key 对应的锁不存在, 进行加锁操作

$key 对应的锁已存在, 什么也不做

加锁容易错误的点:

使用 setnx 和 expire 的组合

原因: 若在 setnx 后脚本崩溃会导致死锁

$value 客户端标识的:

简单点就用毫秒级unix时间戳 + 客户端标识(大部分情况下够用了)

使用其他算法确保生成唯一随机值

connect 与 pconnect

在php中, 若使用 pconnect 连接redis, 则在当前脚本声明周期结束后, 与redis建立的连接仍会保留, 直到对应fpm进程的生命周期结束, 同时在下一次请求时, fpm会重用该连接.

即该连接的生命周期是 fpm 进程的生命周期, 而非一次php脚本的执行.

若代码使用 pconnect, close 的作用仅是使当前php脚本不能再进行redis请求, 并没有真正关闭与redis的连接, 连接在后续请求中仍然会被重用.

pconnect函数在线程版本中不能被使用

上图中, php-fpm 与redis建立的连接并未随请求结束后马上断开

解锁

php解锁示例: 使用lua脚本

$key = "...";
$identification = "...";
// KEYS 和 ARGV 是lua脚本中的全局变量
$script = <<< EOF
if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del", KEYS[1])
else
    return 0
end
EOF;
# $result = $redis->eval($script, [$key, $identification], 1);
// 返回结果 >0 表示解锁成功
// php中参数的传递顺序与标准不一样, 注意区分
// 第2个参数表示传入的 KEYS 和 ARGV, 通过第3个参数来区分, KEYS 在前, ARGV 在后
// 第3个参数表示传入的 KEYS 的个数
$result = $redis->evaluate($script, [$key, $identification], 1);

使用Lua脚本的原因:

避免误删其他客户端加的锁

eg. 某个客户端获取锁后做其他操作过久导致锁被自动释放, 这时候要避免这个客户端删除已经被其他客户端获取的锁, 这就用到了锁的标识.

lua 脚本中执行 get 和 del 是原子性的, 整个lua脚本会被当做一条命令来执行

即使 get 后锁刚好过期, 此时也不会被其他客户端加锁

eval命令执行Lua代码的时候，Lua代码将被当成一个命令去执行，并且直到eval命令执行完成，Redis才会执行其他命令。

由于 script 执行的原子性, 所以不要在script中执行过长开销的程序，否则会验证影响其它请求的执行。

解锁容易错误的点:

直接 del 删除键

原因: 可能移除掉其他客户端加的锁(在自己的锁已过期情况下)

get判断锁归属, 若符合再 del

原因: 非原子性操作, 若在 get 后锁过期了, 此时别的客户端进行加锁操作, 这里的 del 就会错误的将其他客户端加的锁解开.

Redis 中使用 Lua 脚本的注意点

↓ 这一段内容转载自 https://blog.csdn.net/zhouzme...

注意点:

Redis 会把所有执行过的脚本都缓存在内存中

Redis 在重启的时候会释放掉之前保存的脚本

Lua 脚本中所需要用到的键名以及参数一定要使用 KEYS 和 ARGV 来替换，千万不要写死在代码中，除非你百分百确定每次请求时他们是固定不变的值，特别是涉及到时间，随机数的，一定要用参数代入，因为 Redis 每次使用 script 都会校验脚本缓存中是否已存在相同脚本，否则就会存储到缓存中，如果你的脚本很长，且每次请求存在不同的变量值，则会生成无数多个脚本缓存，你将会发现Redis占用的内存会唰唰唰的往上涨，我一开始因为key 和参数太多，分开写太麻烦了，就图省事方便，直接把变量拼接到脚本里面，结果发现内存不停的涨，很是抓狂，找了好久才发现是这么个原因。

义变量一定要使用局部变量, 即 local var = 1, 局部变量只在所定义的块(指控制结构, 函数或chunk等)内有效, 使用局部变量可以避免命名冲突并且访问更快(lua中局部变量和全局变量存储方式是不一样的)

如果Lua脚本写的比较长，非本地或局域网的情况下，建议使用 SHA 签名的方法来调用，这样节省带宽，但对性能似乎没什么直接的提升。这里对小白普及下我理解的原理就是 Redis 会把每个脚本都生成唯一签名，把脚本作为函数体，并使用该签名作为脚本的函数名放到缓存中，所以后面调用就只需要传一个 SHA 签名就可以调用该函数了，精简很多了。同一个脚本生成的签名都是相同的，所以SHA签名可以先在本地生成，然后在服务器上 script load 一次脚本，程序中只需保存和使用该签名即可。另外需要注意的是，脚本如果被改动哪怕一个换行或一个空格（这些容易被忽略或误操作）都必须重新 load 来获取新的 SHA

注意：获取 SHA 签名是多带带的功能，不要放在你的正常流程中，当本地开发时就可以生成SHA，把字符串写死在流程中。同样的脚本，Reids是始终生成相同的签名的。

通过 eval 带入的 ARGV 参数如果原来是数字的，会被转换为字符串，如果你的逻辑中需要判断该变量 > 0 或 < 0 之类的数字判断则必须进行字符串到数字的转换，使用 tonumber() 方法 if (tonumber(ARGV[1]) > 0) then return 1; end;

我测试了几个 lua script 与 PIPELINE 处理对比，发现 script 的效率一般比 PIPELINE 高 30% ~ 40% 左右

Redis集群分布式锁

Redis 集群相对单机来说, 需要考虑一个 容错性, 设计上更为复杂

由于这个我也从未实践过, 先贴一个官方的教程贴压压惊

https://github.com/antirez/re...

对应的翻译: http://ifeve.com/redis-lock/

RedLock 算法

官方给出了一个 RedLock 算法

情景: 当前有N个完全独立的Redis master节点, 分别部署在不同的主机上

客户端获取锁的操作:

使用相同key和唯一值(作为value)同时向这N个redis节点请求锁, 锁的超时时间应该 >> 超时时间(考虑到请求耗时), 若某个节点阻塞了了应尽快跳过

计算步骤1消耗的时间, 若总消耗时间超过超时时间, 则认为锁失败. 客户端需在大多数(超过一半)的节点上成功获取锁, 才认为是锁成功.

如果锁成功了, 则该锁有效时间就是锁原始有效时间 - 步骤1消耗的时间

如果锁失败了(超时或无法获取超过一半 N/2 + 1 实例的锁), 客户端会到每个节点释放锁(是每个, 即使之前认为加锁失败的节点)

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