面试题：Kotlin与Redis集群集成下的分布式锁设计与实现

1. Kotlin 代码实现基于 Redis 的分布式锁

import redis.clients.jedis.*
import java.util.*
import java.util.concurrent.TimeUnit

class RedisDistributedLock(private val jedisCluster: JedisCluster, private val lockKey: String, private val requestId: String, private val expireTime: Int) {

    private fun tryLockInternal(): Boolean {
        val result = jedisCluster.set(lockKey, requestId, "NX", "EX", expireTime)
        return "OK" == result
    }

    fun lock(): Boolean {
        var locked = tryLockInternal()
        while (!locked) {
            Thread.sleep(100)
            locked = tryLockInternal()
        }
        return locked
    }

    private fun unlockInternal(): Boolean {
        val script = """
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                return redis.call("DEL", KEYS[1])
            else
                return 0
            end
        """.trimIndent()
        val sha1 = jedisCluster.scriptLoad(script)
        val keys = Collections.singletonList(lockKey)
        val args = Collections.singletonList(requestId)
        return 1L == jedisCluster.evalsha(sha1, keys, args)
    }

    fun unlock(): Boolean {
        return unlockInternal()
    }
}

2. 代码说明

tryLockInternal 方法：使用 SET key value NX EX seconds 命令尝试获取锁。NX 表示只有当键不存在时才设置，EX 用于设置键的过期时间，防止死锁。如果设置成功返回 OK，则获取锁成功。
lock 方法：在循环中不断尝试获取锁，每次获取失败后等待一段时间（100 毫秒），直到获取到锁为止。
unlockInternal 方法：通过 Lua 脚本来确保解锁操作的原子性。首先检查当前锁的 value 是否与请求标识 requestId 一致，如果一致则删除锁，返回 1 表示解锁成功，否则返回 0。
unlock 方法：调用 unlockInternal 方法执行解锁操作。

3. 可靠性和性能分析

3.1 高并发场景下的锁竞争

可靠性：使用 SET key value NX EX seconds 命令保证了在高并发下只有一个客户端能成功获取锁，避免了锁竞争导致的不一致问题。同时，设置过期时间防止某一客户端获取锁后崩溃而无法释放锁，影响其他客户端。
性能：在高并发场景下，由于大量客户端竞争锁，获取锁的循环等待会增加整体获取锁的时间，性能会有所下降。不过，可以通过调整等待时间来平衡性能和获取锁的成功率。

3.2 锁超时

可靠性：通过设置锁的过期时间，即使持有锁的客户端出现故障（如崩溃、网络分区等），也能保证在一定时间后锁会自动释放，其他客户端可以获取锁，从而避免死锁，保证系统的可靠性。
性能：过期时间设置过短可能导致业务未完成锁就过期，其他客户端获取锁后可能引发数据一致性问题；设置过长则可能在客户端故障后长时间占用锁资源，影响其他客户端获取锁的效率。因此需要根据实际业务情况合理设置过期时间。

3.3 锁重入

该实现未直接支持锁重入：如果需要支持锁重入，可以在 RedisDistributedLock 类中增加一个计数器字段，每次获取锁时判断当前线程是否已经持有锁，如果是则计数器加一，释放锁时计数器减一，只有计数器为 0 时才真正释放锁。
可靠性：实现锁重入后，对于同一个线程多次获取锁的情况能正确处理，不会导致死锁，保证了可靠性。
性能：增加锁重入逻辑会增加代码复杂度和操作步骤，一定程度上影响性能，但相对于保证业务正确性而言，这种性能损耗通常是可接受的。

3.4 不同网络环境和故障场景

网络延迟：在网络延迟较高的环境下，获取锁和释放锁的操作都会受到影响，导致响应时间变长。为了提高可靠性，可以适当增加重试次数或等待时间，但这也会进一步降低性能。
网络分区：当发生网络分区时，可能会导致部分客户端与 Redis 集群失联。如果持有锁的客户端处于网络分区内，可能无法及时释放锁，其他客户端也无法获取锁。对于这种情况，可以采用 Redis 的 Sentinel 或 Cluster 模式的自动故障转移机制，尽量减少因网络分区造成的影响。
Redis 节点故障：在 Redis 集群中，如果某个节点故障，Cluster 模式会自动进行故障转移，从节点晋升为主节点，保证服务的可用性。但在故障转移期间，可能会有短暂的服务不可用，影响获取锁和释放锁的操作。可以通过增加副本数量和合理配置 Cluster 来提高系统在节点故障时的可靠性。

面试题：Kotlin与Redis集群集成下的分布式锁设计与实现

知识考点

面试题答案

1. Kotlin 代码实现基于 Redis 的分布式锁

2. 代码说明

3. 可靠性和性能分析

3.1 高并发场景下的锁竞争

3.2 锁超时

3.3 锁重入

3.4 不同网络环境和故障场景