面试题：Redis分布式锁多命令原子性：复杂场景与优化

1. 基于Redis的分布式锁设计

加锁操作
- 实现方式：使用SETNX（SET if Not eXists）命令。该命令在键不存在时，为键设置指定的值。示例代码（以Python和Redis - Py为例）：

import redis

redis_client = redis.StrictRedis(host='localhost', port=6379, db = 0)
lock_key = "my_distributed_lock"
lock_value = "unique_client_identifier"
expire_time = 10  # 锁的过期时间，单位秒
is_locked = redis_client.set(lock_key, lock_value, ex = expire_time, nx = True)

- **原子性保障**：`SET`命令在Redis中是原子操作，`nx = True`确保只有在锁键不存在时才会设置成功，从而保证了加锁的原子性。

2. 解锁操作 - 实现方式：先判断锁是否由当前客户端持有，然后删除锁键。示例代码：

if redis_client.get(lock_key) == lock_value:
    redis_client.delete(lock_key)

- **原子性保障**：可以使用Lua脚本来确保判断和删除操作的原子性。在Lua脚本中，Redis会以原子方式执行脚本中的所有命令。示例Lua脚本如下：

if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
    return 0
end

在Python中执行Lua脚本的代码：

unlock_script = """
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
    return 0
end
"""
unlock_result = redis_client.eval(unlock_script, 1, lock_key, lock_value)

锁续约操作
- 实现方式：先判断锁是否由当前客户端持有，然后使用EXPIRE命令延长锁的过期时间。示例代码：

if redis_client.get(lock_key) == lock_value:
    redis_client.expire(lock_key, expire_time)

- **原子性保障**：同样可以使用Lua脚本来保证原子性。示例Lua脚本：

if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("EXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
else
    return 0
end

在Python中执行Lua脚本的代码：

renew_script = """
if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("EXPIRE", KEYS[1], ARGV[2])
else
    return 0
end
"""
renew_result = redis_client.eval(renew_script, 1, lock_key, lock_value, expire_time)

判断锁是否由当前客户端持有
- 实现方式：使用GET命令获取锁的值，并与当前客户端的标识符进行比较。示例代码：

is_held = redis_client.get(lock_key) == lock_value

- **原子性保障**：`GET`命令本身是原子操作，因此此判断操作是原子的。

2. 可能遇到的问题及解决策略

竞态条件
- 问题描述：在高并发场景下，可能出现多个客户端同时尝试加锁、解锁或续约操作，导致数据不一致。
- 解决策略：如上述实现中，使用原子操作命令（如SETNX、DEL、EXPIRE）以及Lua脚本，确保多个操作在Redis端以原子方式执行，避免竞态条件。
死锁
- 问题描述：如果某个客户端获取锁后，由于程序崩溃或网络问题等原因未能正常解锁，其他客户端将永远无法获取该锁，形成死锁。
- 解决策略：为锁设置合理的过期时间，如在加锁时通过ex参数指定过期时间。这样即使客户端出现异常，锁也会在一定时间后自动释放。
锁误删
- 问题描述：当一个客户端持有锁并延长了锁的过期时间，在延长操作执行前，锁可能因为过期而被其他客户端获取，然后原客户端执行解锁操作时，可能会误删其他客户端的锁。
- 解决策略：在解锁和续约操作中，通过客户端唯一标识符（如lock_value）进行判断，只有当锁的值与当前客户端标识符一致时才执行操作，并且使用Lua脚本来保证判断和操作的原子性。
Redis节点故障
- 问题描述：如果使用单节点Redis，当Redis节点发生故障时，分布式锁服务将不可用。
- 解决策略：可以采用Redis集群方案，如Redis Sentinel或Redis Cluster。Redis Sentinel可以监控Redis主节点的状态，当主节点故障时自动进行故障转移；Redis Cluster则提供了分布式存储和高可用性。

面试题：Redis分布式锁多命令原子性：复杂场景与优化

知识考点

面试题答案

1. 基于Redis的分布式锁设计

2. 可能遇到的问题及解决策略