面试题：如何设计一个高安全性的分布式锁防止锁泄露

1. 锁的获取

为确保分布式锁不出现锁泄露，在获取锁时可采用以下措施：

使用唯一标识：每个获取锁的请求都关联一个唯一标识（如UUID），用于标识锁的持有者。这样即使节点故障，后续也能通过该标识判断锁是否仍被合法持有。
设置合理的过期时间：为防止节点故障后锁永远无法被释放，需要设置一个合理的过期时间。但过期时间设置需权衡，过短可能导致业务未完成锁就过期，过长则可能影响系统可用性。可以根据业务执行时间的统计数据，设置一个略长于平均执行时间的过期时间。

2. 锁的释放

验证释放者：在释放锁时，首先验证当前释放锁的标识是否与获取锁时的标识一致。只有持有锁的节点才能释放锁，避免其他节点误释放。
采用原子操作：使用分布式系统提供的原子操作来释放锁，如Redis的DEL命令在单线程环境下是原子的，保证释放锁的操作不会被打断。

3. 故障恢复

自动续约：对于长时间运行的任务，可以在锁快要过期时，由持有锁的节点自动进行续约操作，延长锁的持有时间。如使用Redis的EXPIRE命令来更新锁的过期时间。
故障检测与转移：系统应具备检测节点故障的机制，当检测到持有锁的节点故障时，通过一定的选举算法（如Raft算法的简化版），重新分配锁的持有权给其他健康节点。

代码示例（以Python和Redis为例）

import redis
import uuid


class DistributedLock:
    def __init__(self, redis_client, lock_key, lock_timeout=10):
        self.redis_client = redis_client
        self.lock_key = lock_key
        self.lock_timeout = lock_timeout
        self.lock_value = str(uuid.uuid4())

    def acquire(self):
        # 使用SETNX（SET if Not eXists）来获取锁，同时设置过期时间
        result = self.redis_client.set(self.lock_key, self.lock_value, ex=self.lock_timeout, nx=True)
        return result

    def release(self):
        pipe = self.redis_client.pipeline()
        # 验证锁的持有者
        while True:
            try:
                pipe.watch(self.lock_key)
                if pipe.get(self.lock_key).decode('utf-8') == self.lock_value:
                    pipe.multi()
                    pipe.delete(self.lock_key)
                    pipe.execute()
                    return True
                else:
                    return False
            except redis.WatchError:
                continue


# 示例使用
if __name__ == "__main__":
    r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)
    lock = DistributedLock(r, 'test_lock')
    if lock.acquire():
        try:
            print('Lock acquired, doing some work...')
            # 模拟业务操作
        finally:
            lock.release()
            print('Lock released')
    else:
        print('Failed to acquire lock')

在上述代码中，DistributedLock类实现了一个简单的分布式锁。acquire方法使用Redis的SET命令并带上nx=True选项来尝试获取锁，同时设置过期时间。release方法使用Redis的WATCH和MULTI命令来确保只有锁的持有者才能释放锁，避免误释放。

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面试题：如何设计一个高安全性的分布式锁防止锁泄露

知识考点

面试题答案

1. 锁的获取

2. 锁的释放

3. 故障恢复

代码示例（以Python和Redis为例）