分布式锁 分布式锁解决了什么问题 如何实现 看门狗机制是什么

分布式锁的基本概念

在 Redis 中实现分布式锁的常用方式是通过 SETNX 命令（SET with NX option）来设置一个键（key），这个键代表锁。如果 key 不存在，SETNX 会设置成功，并返回 1，表示成功获取锁。如果 key 已经存在，SETNX 会返回 0，表示获取锁失败。

线程号在 Redis 锁中的作用

通常，为了确保在释放锁时只有锁的持有者能够删除这个锁，会在锁的 key 或 value 中保存线程标识符或节点标识符（例如，线程 ID 或唯一的随机值）。这样，在解锁时，可以验证当前操作的线程是否为持有该锁的线程。

你提到的问题分析

1. 关于 key 和线程号

如果你理解的是在锁的 key 中添加线程号，那确实会导致每个线程设置的 key 不一样。例如，假设线程 A 设置的 key 为 lock:threadA，线程 B 设置的 key 为 lock:threadB，那么它们各自的 key 是独立的，互不影响。这种情况下，确实每个线程都会成功设置自己的 key，但这实际上并不是我们想要的分布式锁效果，因为每个线程都能创建自己的锁，而不会有竞争关系。

2. 正确的做法：在 value 中保存线程标识符

通常情况下，锁的 key 是固定的，比如 lock:resource_id，表示对某个资源的锁，而不同线程或节点通过在 value 中存储唯一的标识符来区分持有锁的线程。

示例：

go复制代码// 线程 A 尝试获取锁
SET lock:resource_id "threadA" NX PX 30000// 线程 B 尝试获取锁
SET lock:resource_id "threadB" NX PX 30000

• 如果线程 A 成功获取锁，那么 lock:resource_id 的 value 就是 "threadA"。
• 如果线程 B 尝试获取锁，因为 key 已经存在，操作会失败。

3. 释放锁

当线程 A 需要释放锁时，会先检查 key 的 value 是否等于 "threadA"，如果是，才能删除锁：

go复制代码if GET lock:resource_id == "threadA" {DEL lock:resource_id
}

这样，只有持有锁的线程才能释放锁，避免其他线程误删。

总结

• 锁的 key：应固定，表示要锁定的资源。
• 锁的 value：保存线程或节点的唯一标识符，用于区分持有锁的线程或节点。

在 Redis 分布式锁中，所有线程都应该尝试设置相同的 key，而区分不同线程的是 value 中的标识符。你提到的问题可能是在理解时将线程标识符放在了 key 中，这样会导致每个线程创建的 key 不一样，从而失去了锁的作用。

在 Go 中结合 Redis 实现一个简单的分布式锁，通常可以使用 Redis 的 SET 命令和一些关键选项，如 NX（表示仅在键不存在时才设置键）和 PX（设置键的过期时间，以毫秒为单位）。以下是一个示例代码，演示如何使用 Redis 实现一个分布式锁。

1. 环境准备

首先，确保你已经安装了 Redis，并在 Go 项目中引入了 Redis 的 Go 客户端库 go-redis。

bash
复制代码
go get github.com/redis/go-redis/v9

2. 实现分布式锁

以下代码展示了如何在 Go 中使用 Redis 实现一个简单的分布式锁。

go复制代码package mainimport ("context""fmt""github.com/redis/go-redis/v9""time"
)var ctx = context.Background()// 尝试获取分布式锁
func acquireLock(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration) (bool, error) {// SET key value NX PX expirationresult, err := client.SetNX(ctx, key, value, expiration).Result()if err != nil {return false, err}return result, nil
}// 释放分布式锁
func releaseLock(client *redis.Client, key string, value string) (bool, error) {// Lua脚本保证原子性luaScript := `if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call("DEL", KEYS[1])elsereturn 0end`result, err := client.Eval(ctx, luaScript, []string{key}, value).Int()if err != nil {return false, err}return result == 1, nil
}func main() {// 创建Redis客户端client := redis.NewClient(&redis.Options{Addr: "localhost:6379", // Redis服务器地址})// 锁的key和valuelockKey := "my_lock"lockValue := "unique_value" // 每个线程应生成唯一的值，通常是UUID或线程ID// 尝试获取锁，设置10秒过期locked, err := acquireLock(client, lockKey, lockValue, 10*time.Second)if err != nil {fmt.Println("Error acquiring lock:", err)return}if locked {fmt.Println("Lock acquired successfully!")// 执行需要保护的操作...// 操作完成后释放锁unlocked, err := releaseLock(client, lockKey, lockValue)if err != nil {fmt.Println("Error releasing lock:", err)return}if unlocked {fmt.Println("Lock released successfully!")} else {fmt.Println("Failed to release lock!")}} else {fmt.Println("Failed to acquire lock, another process might hold it.")}
}

3. 代码说明

1. 获取锁 (acquireLock):
   • 使用 SETNX 命令尝试获取锁。如果 key 不存在，则设置该 key，同时指定过期时间，确保锁在超时后会自动释放。
   • 如果 key 已经存在，SETNX 返回 false，表示获取锁失败。
2. 释放锁 (releaseLock):
   • 为了防止误释放锁（例如：锁已过期并被其他线程重新获取），我们使用 Lua 脚本保证删除操作的原子性。
   • 只有当 key 的 value 与当前线程持有的锁的 value 一致时，才删除锁。
3. 主函数 (main):
   • 创建 Redis 客户端，连接到 Redis 服务器。
   • 尝试获取锁并进行保护的操作。
   • 完成操作后释放锁。

4. 扩展

在实际应用中，分布式锁可能需要更多功能，例如自动续期、死锁检测等。这些功能可以根据具体需求进行扩展。还可以使用现成的库，如 Redlock 实现更复杂的分布式锁机制。

看门狗机制

分布式锁中的“开门狗机制”是用来解决锁过期时间不足而导致的锁提前释放的问题。开门狗机制可以自动延长锁的有效期，防止在锁持有者还在执行任务时锁被释放，从而避免其他客户端意外获得锁。

为什么需要开门狗机制？

当一个客户端获取分布式锁时，它通常会设置一个锁的过期时间（TTL），以防止锁因为某些意外原因（例如客户端崩溃）而永远不被释放。TTL 确保了即使客户端没有主动释放锁，锁也会在一定时间后自动释放。

然而，任务执行的时间有时可能比预期的要长。如果没有合适的机制，锁的 TTL 到期后，锁会被自动释放，导致其他客户端可能在任务尚未完成时获得锁，进而引发数据一致性问题。 看门狗可以更新所得到期时间

看门狗机制的工作原理

开门狗机制主要包括以下步骤：

1. 获取锁并设置初始TTL：客户端获取锁时，设置一个初始的 TTL（例如 10 秒）。
2. 定期续约：在锁持有期间，客户端启动一个后台任务（开门狗），定期检查锁的状态。如果客户端依然持有锁，并且任务还在执行，开门狗会延长锁的TTL。例如，每隔一半的TTL时间（例如5秒），将锁的TTL重置为原来的TTL时间（例如10秒）。
3. 释放锁：一旦任务完成，客户端主动释放锁，同时停止开门狗。

示例代码

以下是一个简单的示例，演示如何在 Go 中实现带开门狗机制的分布式锁。

go复制代码package mainimport ("context""fmt""github.com/redis/go-redis/v9""time"
)var ctx = context.Background()// 获取分布式锁，带初始TTL
func acquireLock(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration) (bool, error) {result, err := client.SetNX(ctx, key, value, expiration).Result()if err != nil {return false, err}return result, nil
}// 续约锁的TTL
func renewLock(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration) error {luaScript := `if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call("PEXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])elsereturn 0end`_, err := client.Eval(ctx, luaScript, []string{key}, value, int(expiration.Milliseconds())).Result()return err
}// 释放分布式锁
func releaseLock(client *redis.Client, key string, value string) (bool, error) {luaScript := `if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] thenreturn redis.call("DEL", KEYS[1])elsereturn 0end`result, err := client.Eval(ctx, luaScript, []string{key}, value).Int()if err != nil {return false, err}return result == 1, nil
}// 开门狗机制，定期续约锁的TTL
func startWatchdog(client *redis.Client, key string, value string, expiration time.Duration, interval time.Duration, stopChan chan bool) {ticker := time.NewTicker(interval)defer ticker.Stop()for {select {case <-ticker.C:// 续约锁的TTLerr := renewLock(client, key, value, expiration)if err != nil {fmt.Println("Error renewing lock:", err)return}fmt.Println("Lock renewed for another", expiration)case <-stopChan:fmt.Println("Watchdog stopped")return}}
}func main() {// 创建Redis客户端client := redis.NewClient(&redis.Options{Addr: "localhost:6379",})// 锁的key和valuelockKey := "my_lock"lockValue := "unique_value"// 尝试获取锁，设置初始TTL为10秒locked, err := acquireLock(client, lockKey, lockValue, 10*time.Second)if err != nil {fmt.Println("Error acquiring lock:", err)return}if locked {fmt.Println("Lock acquired successfully!")// 启动开门狗机制，间隔5秒续约，TTL为10秒stopChan := make(chan bool)go startWatchdog(client, lockKey, lockValue, 10*time.Second, 5*time.Second, stopChan)// 模拟执行任务time.Sleep(15 * time.Second)// 任务完成后释放锁unlocked, err := releaseLock(client, lockKey, lockValue)if err != nil {fmt.Println("Error releasing lock:", err)return}if unlocked {fmt.Println("Lock released successfully!")} else {fmt.Println("Failed to release lock!")}// 停止开门狗stopChan <- true} else {fmt.Println("Failed to acquire lock, another process might hold it.")}
}