面试题：Redis读写锁分离应对复杂业务逻辑下的并发冲突

读写锁设计思路
- 读锁：
  - 读操作可以并发执行，因为读操作不会修改数据，所以多个读操作之间不会产生数据一致性问题。
  - 可以使用Redis的SETNX（SET if Not eXists）命令来实现简单的读锁。例如，当一个读操作开始时，尝试使用SETNX命令设置一个特定的读锁键，如read_lock:{业务标识}，如果设置成功（返回1），表示获取到读锁，可以进行读操作；如果设置失败（返回0），表示其他读操作或写操作已经持有锁，需要等待。
- 写锁：
  - 写操作必须是独占的，以保证数据的一致性。
  - 同样可以使用SETNX命令来实现写锁，例如设置write_lock:{业务标识}。只有获取到写锁的操作才能进行写操作。写操作完成后，需要使用DEL命令删除写锁键来释放锁。
避免锁竞争和性能优化
- 锁的粒度控制：
  - 尽量缩小锁的粒度。对于复杂事务逻辑中涉及的多个键值对操作，如果可以将其拆分为多个小的操作，并且这些小操作之间不存在数据依赖，可以对每个小操作分别加锁。例如，如果事务涉及对key1、key2、key3的操作，且key1与key2、key3无依赖，可以先对key1加锁操作，完成后释放锁，再对key2、key3加锁操作。这样可以减少锁的持有时间，降低锁竞争。
- 读写锁的优化：
  - 读锁优化：为了减少读锁等待时间，可以使用Redis的发布/订阅功能。当写操作完成并释放写锁时，通过发布一个消息通知所有等待读锁的客户端，这样等待读锁的客户端可以快速获取读锁进行读操作，而不需要一直轮询SETNX命令。
  - 写锁优化：可以引入一个排队机制，例如使用Redis的List数据结构。当写操作获取写锁失败时，将该写操作的相关信息（如操作内容、客户端标识等）放入一个特定的List中，如write_queue:{业务标识}。持有写锁的客户端完成写操作后，从List中取出下一个写操作任务，这样可以有序地处理写操作，避免写操作的无序竞争。
原子性读写操作实现
- MULTI - EXEC事务：
  - Redis提供了MULTI和EXEC命令来实现事务。对于需要原子性读写的多个键值对操作，可以在获取到写锁后，使用MULTI命令开启事务，然后依次执行多个读写操作命令，最后使用EXEC命令提交事务。例如：

127.0.0.1:6379> MULTI
OK
127.0.0.1:6379> SET key1 value1
QUEUED
127.0.0.1:6379> GET key2
QUEUED
127.0.0.1:6379> EXEC
1) OK
2) "value2"

Lua脚本：
- 对于更复杂的原子性操作，可以使用Lua脚本。将多个Redis命令封装在一个Lua脚本中，然后使用EVAL命令在Redis服务器端执行。Lua脚本在执行过程中是原子性的，不会被其他命令打断。例如，下面的Lua脚本实现了对两个键值对的原子性更新：

-- 接收两个参数，第一个是键1，第二个是键2
local key1 = ARGV[1]
local key2 = ARGV[2]
-- 获取键1的值
local value1 = redis.call('GET', key1)
-- 更新键2的值为键1的值
redis.call('SET', key2, value1)
-- 更新键1的值为新值
redis.call('SET', key1, 'new_value')

在客户端可以使用如下命令执行该Lua脚本：

127.0.0.1:6379> EVAL "local key1 = ARGV[1] local key2 = ARGV[2] local value1 = redis.call('GET', key1) redis.call('SET', key2, value1) redis.call('SET', key1, 'new_value')" 0 key1 key2
OK

代码示例（以Python为例）

import redis
import time


def get_read_lock(redis_client, lock_key):
    while True:
        if redis_client.setnx(lock_key, 1):
            return True
        time.sleep(0.1)


def release_read_lock(redis_client, lock_key):
    redis_client.delete(lock_key)


def get_write_lock(redis_client, lock_key):
    while True:
        if redis_client.setnx(lock_key, 1):
            return True
        time.sleep(0.1)


def release_write_lock(redis_client, lock_key):
    redis_client.delete(lock_key)


def atomic_operation(redis_client, key1, key2):
    if get_write_lock(redis_client, 'write_lock:example'):
        try:
            pipe = redis_client.pipeline()
            pipe.multi()
            pipe.set(key1, 'new_value1')
            pipe.set(key2, 'new_value2')
            pipe.execute()
        finally:
            release_write_lock(redis_client, 'write_lock:example')


if __name__ == '__main__':
    r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db = 0)
    atomic_operation(r, 'key1', 'key2')

以上通过设计合适的读写锁机制、优化锁操作以及利用Redis的事务和Lua脚本功能，在保证数据完整性和一致性的同时，尽量减少锁竞争带来的性能损耗。

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