面试题：自定义Redis分布式锁自动续期机制设计与故障处理

Question

假设需要你设计一套自定义的Redis分布式锁自动续期机制，要求满足高性能、高可用，并且能处理如Redis节点故障、网络分区等异常情况，请描述你的设计思路，包括数据结构设计、续期逻辑以及故障恢复策略等。

Answer 1

数据结构设计

1. 锁标识：使用一个唯一的字符串作为锁的标识，例如业务相关的键名。
2. 持有锁的客户端标识：每个尝试获取锁的客户端会生成一个唯一ID，作为锁持有者的标识，防止误解锁。
3. 过期时间：为锁设置一个初始过期时间，以确保在异常情况下锁能自动释放。在Redis中，可以使用 SET key value EX seconds NX 命令来设置带有过期时间的锁。

续期逻辑

1. 客户端本地定时器：持有锁的客户端启动一个本地定时器，定时任务时间设置为小于锁过期时间的一半（如过期时间为30秒，定时器设为10秒）。当定时器触发时，客户端向Redis发送续期命令。
2. 续期命令：客户端使用 SET key value EX new_seconds NX 命令进行续期，其中 new_seconds 为新的过期时间。因为持有锁的客户端标识不变，并且使用 NX 选项，只有当锁仍然存在且持有者是当前客户端时才能续期成功。
3. 异步续期：为了避免续期操作影响主线程性能，可以使用异步任务或线程来执行续期逻辑。例如在Java中使用 CompletableFuture 或线程池。

故障恢复策略

1. Redis节点故障
   • 主从复制：使用Redis的主从复制机制，当主节点故障时，从节点可以晋升为主节点，保证服务的可用性。但在主从切换过程中，可能存在数据不一致的问题。为了解决这个问题，可以使用Redlock算法。
   • Redlock算法：使用多个独立的Redis节点（至少5个），客户端在大部分节点（至少3个）上成功获取锁才认为获取锁成功。在续期时，同样需要在大部分节点上执行续期操作。当某个节点故障时，只要大部分节点正常，锁服务仍然可用。
2. 网络分区
   • 客户端重试：当客户端检测到网络分区导致续期失败时，开始重试机制。设置一个最大重试次数和重试间隔，逐步增加重试间隔，避免短时间内大量无效重试。
   • 自适应调整：根据网络状况动态调整锁的过期时间和续期策略。例如，在网络不稳定时适当延长锁的过期时间，减少续期频率，降低网络压力。