面试题：Redis分布式锁多命令操作原子性：基本原理

Question

在Redis分布式锁场景下，通常会涉及多个命令操作，如加锁、设置过期时间等。请阐述如何使用Redis的单命令特性来保障部分多命令操作的原子性，比如SETNX和EXPIRE的组合，它存在什么问题以及如何改进？

Answer 1

使用Redis单命令特性保障多命令原子性

在Redis中，可以使用 SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX] 这一单命令来替代 SETNX 和 EXPIRE 的组合。该命令在设置键值对的同时可以设置过期时间，并且只有在键不存在时才会设置成功，从而保证了加锁和设置过期时间这两个操作的原子性。

SETNX 和 EXPIRE 组合的问题

1. 原子性问题：SETNX 和 EXPIRE 是两个独立的命令，在高并发场景下，当 SETNX 执行成功后，还未来得及执行 EXPIRE 时，系统发生崩溃或其他异常情况，此时该锁没有设置过期时间，可能会导致死锁。
2. 竞争条件：在多节点的分布式系统中，不同节点执行 SETNX 和 EXPIRE 命令的时间差可能会引发竞争条件，导致锁的控制出现混乱。

改进方法

1. 使用 SET 命令替代：如前文所述，使用 SET key value EX seconds NX 命令来替代 SETNX 和 EXPIRE 的组合，确保加锁和设置过期时间的原子性。
2. Lua 脚本：通过Lua脚本来保证多个命令的原子性。Lua脚本在Redis中是原子执行的，可以将多个相关命令封装在一个Lua脚本中，从而避免多命令执行过程中的竞争条件。例如：

-- 获取参数
local key = KEYS[1]
local value = ARGV[1]
local expireTime = ARGV[2]

-- 尝试加锁
if (redis.call('SETNX', key, value) == 1) then
    -- 加锁成功，设置过期时间
    redis.call('EXPIRE', key, expireTime)
    return 1
else
    -- 加锁失败
    return 0
end

在客户端使用时，通过 EVAL 命令执行该Lua脚本，这样即使在高并发场景下，也能保证加锁和设置过期时间操作的原子性。