面试题：Redis读写锁分离实现高并发读写时如何处理锁的过期问题

可能引发的问题

数据一致性问题：写锁过期后，其他读操作或写操作可能会提前获取锁，开始访问或修改数据。而此时原写操作还未完成，可能导致新旧数据混合，最终写入的数据状态不符合预期，破坏数据一致性。
并发冲突问题：其他写操作获取锁后进行写入，与未完成的原写操作产生冲突，可能造成数据混乱。
系统性能下降：由于数据不一致，可能需要额外的机制来检测和修复数据，增加系统复杂度和性能开销。同时，并发冲突可能导致频繁的重试或回滚，降低系统整体性能。

避免问题的机制设计

延长锁的有效期：
- 在写操作开始时，设置一个较长的初始过期时间。在写操作执行过程中，定期检查剩余过期时间，当剩余时间较短（如 1/3 初始过期时间）时，通过 Redis 的 EXPIRE 命令延长锁的过期时间，确保写操作能在锁未过期的情况下顺利完成。
使用 Lua 脚本：
- 利用 Lua 脚本的原子性，将锁的获取、检查过期时间和延长过期时间等操作封装在一个 Lua 脚本中。这样在 Redis 执行脚本时，这些操作作为一个原子操作执行，避免在检查和延长过期时间之间锁被其他客户端获取。例如：

-- 获取锁
if redis.call("SETNX", KEYS[1], ARGV[1]) == 1 then
    -- 设置过期时间
    redis.call("EXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
    return 1
else
    return 0
end

-- 检查并延长过期时间
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("EXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
else
    return 0
end

引入事务机制：
- 在 Redis 中可以使用 MULTI 和 EXEC 命令组成事务。在获取写锁后，开启事务，将写操作相关的命令放入事务队列中。这样即使锁过期，由于事务的原子性，未完成的写操作也不会被其他操作干扰。例如：

import redis

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

with r.pipeline() as pipe:
    while True:
        try:
            # 获取写锁
            if r.setnx('write_lock', '1'):
                r.expire('write_lock', 30)  # 设置过期时间
                pipe.multi()
                # 执行写操作
                pipe.set('key', 'value')
                pipe.execute()
                r.delete('write_lock')  # 释放锁
                break
            else:
                # 等待一段时间重试
                time.sleep(0.1)
        except redis.WatchError:
            # 处理事务冲突，重试
            continue

基于时间戳的验证：
- 在获取写锁时，记录当前时间戳。每次进行写操作时，检查当前时间与获取锁时的时间戳差值是否超过锁的过期时间。如果超过，说明锁可能已过期，重新获取锁后再继续操作。同时，在数据中也记录时间戳，用于后续的数据一致性验证。例如：

import time

write_lock_acquired = r.setnx('write_lock', str(int(time.time())))
if write_lock_acquired:
    r.expire('write_lock', 30)
    write_start_time = int(r.get('write_lock'))
    # 执行写操作
    if int(time.time()) - write_start_time < 30:
        r.set('key', 'value')
    else:
        # 锁已过期，重新获取锁
        r.delete('write_lock')
        # 重试获取锁及写操作
else:
    # 等待一段时间重试获取锁
    time.sleep(0.1)

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面试题：Redis读写锁分离实现高并发读写时如何处理锁的过期问题

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可能引发的问题

避免问题的机制设计