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面试题:Redis分布式锁唯一标识策略与系统整体一致性

在一个高并发且对数据一致性要求严格的分布式系统中,使用Redis添加唯一标识的分布式锁,如何保证锁机制与系统其他部分(如数据读写、事务处理等)的一致性,避免出现数据不一致问题,请详细阐述设计思路和可能用到的技术手段。
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数据库Redis

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设计思路

  1. 基于 Redis 单线程特性:Redis 自身是单线程模型,利用其执行命令的原子性来确保锁操作的原子性。在获取锁时,使用 SETNX (Set if Not eXists)命令,只有当锁不存在时才能成功设置,保证同一时刻只有一个客户端能获取到锁。
  2. 锁的有效期设置:为防止获取锁的客户端出现故障而导致死锁,需要为锁设置合理的有效期(expiry time)。在设置锁的同时,使用 EX 选项指定过期时间,例如 SET key value NX EX seconds
  3. 锁与数据读写的关联:在获取锁成功后,客户端才进行数据读写操作。对于读操作,确保在锁的有效期内完成读取,以保证读到的数据一致性。对于写操作,在获取锁后,先进行数据的预检查(如版本号比对等),再进行实际的写操作,操作完成后释放锁。
  4. 事务处理:将锁操作与事务处理进行结合。在开启事务前获取锁,事务中的所有操作都基于获取到的锁来执行,确保事务的原子性和一致性。事务完成后,及时释放锁。

技术手段

  1. Lua 脚本:由于 Redis 支持 Lua 脚本的原子执行,将复杂的锁操作(如获取锁、检查锁状态、释放锁等)封装在 Lua 脚本中,确保多个 Redis 命令在原子操作内完成,避免并发情况下出现的竞争条件。例如,释放锁的操作可以通过 Lua 脚本来验证锁的持有者是否为当前客户端,避免误释放其他客户端的锁。
-- 释放锁的 Lua 脚本
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
    return 0
end
  1. Redisson 框架:Redisson 是一个在 Redis 基础上实现的 Java 驻内存数据网格(In-Memory Data Grid),它对 Redis 分布式锁进行了封装,提供了丰富的功能和便捷的操作。Redisson 实现的分布式锁支持可重入、公平锁、联锁等特性,并且在锁的续期、故障转移等方面有完善的机制,有助于保证系统在高并发下的数据一致性。
  2. Watch 机制:类似于数据库中的乐观锁机制,Redis 的 WATCH 命令可以监控一个或多个键,当 EXEC 执行事务时,如果被监控的键在事务执行前被其他客户端修改,那么整个事务将被取消。在分布式锁场景下,可以结合 WATCH 机制对数据进行版本控制,在获取锁后,WATCH 相关数据键,在执行事务操作前检查数据版本是否变化,若变化则重新获取锁并进行操作,从而保证数据一致性。