面试题：Redis分布式锁过期策略及自动续期的基本原理

Question

请阐述Redis分布式锁常用的过期策略有哪些，以及自动续期的基本实现思路是什么？

Answer 1

Redis分布式锁常用过期策略

1. 定时删除： 在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器，当过期时间到达时，由定时器立即执行对键的删除操作。此策略对内存友好，能及时释放过期键的内存空间，但会对CPU不友好，因为需要额外创建定时器，且大量过期键集中过期时，会产生较高的CPU负载。
2. 惰性删除： 键过期了也不主动删除，每次从键空间获取键时，都检查一下该键是否过期，如果过期就删除，返回空。此策略对CPU友好，只有在访问到过期键时才进行删除操作，但对内存不友好，若过期键长时间未被访问，会一直占用内存。
3. 定期删除： 每隔一段时间，对数据库进行一次检查，随机抽查一部分键并删除其中过期的键。此策略是前两者的折中，通过合理设置抽查频率和每次抽查的键数量，来平衡CPU性能和内存空间的使用。

自动续期基本实现思路

1. WatchDog机制：
   • 原理：在获取锁的同时，启动一个后台线程（可以是守护线程）作为WatchDog。WatchDog会周期性地检查锁是否快要过期，如果快要过期且当前线程仍然持有锁，就自动延长锁的过期时间。
   • 实现步骤：
     • 获取锁：客户端尝试获取Redis分布式锁时，设置一个较短的初始过期时间（例如30秒），同时启动WatchDog线程。
     • WatchDog检查：WatchDog线程按照一定的时间间隔（如10秒）检查锁的剩余过期时间。如果剩余过期时间小于某个阈值（如5秒），且当前线程仍然持有锁（可通过Lua脚本原子性地判断和续期），则执行续期操作，例如将过期时间延长30秒。
     • 停止WatchDog：当客户端释放锁时，要同时停止WatchDog线程，避免其继续运行造成资源浪费。
2. 使用Redisson框架： Redisson框架内部实现了自动续期功能。它在获取锁时，会默认开启一个WatchDog，以确保锁在持有期间不会过期。Redisson通过发送Lua脚本到Redis服务器，原子性地完成锁的获取、续期和释放操作，保证了操作的原子性和一致性。具体实现中，Redisson会维护一个时间戳记录锁的获取时间，通过比较当前时间与获取时间来判断锁是否仍然有效，并在需要时进行续期操作。