面试题：Redis SET命令实现分布式锁面临哪些异常情况及如何应对？

Question

当使用Redis SET命令实现分布式锁时，可能会遇到锁超时、节点故障等异常情况。请详细说明这些异常情况可能带来的问题，并阐述相应的应对策略，包括但不限于锁续约机制、故障转移处理等方面。

Answer 1

锁超时问题

1. 带来的问题：
   • 如果分布式锁设置的超时时间过短，业务逻辑还未执行完，锁就过期释放了，可能导致其他客户端获取到锁，从而破坏了业务的原子性和一致性。例如在一个电商扣减库存的操作中，锁超时提前释放，可能会出现超卖的情况。
   • 如果超时时间设置过长，又会影响系统的并发性能，其他需要获取锁的业务可能会长时间等待，降低系统整体的吞吐量。
2. 应对策略 - 锁续约机制：
   • 自动续约：可以在获取锁的客户端中开启一个守护线程，当距离锁过期时间还有一定阈值（比如剩余1/3的过期时间）时，守护线程自动向Redis发送命令延长锁的过期时间。例如在Java中，可以使用Redisson框架，它提供了自动续期的功能，当线程持有锁的时间超过30秒（默认值），会自动延长锁的有效期。
   • 手动续约：在业务逻辑执行过程中，通过代码逻辑判断是否需要延长锁的过期时间。比如在Python中使用Redis - Py库，在业务执行到一半时，判断剩余锁时间，如果小于某个值，就调用SETEX命令重新设置锁的过期时间。

节点故障问题

1. 带来的问题：
   • 主节点故障：如果使用的是主从架构的Redis，主节点故障时，可能会导致锁丢失。因为在主节点写入锁后，还未来得及同步到从节点，主节点就发生故障，新的主节点（可能是从节点晋升而来）没有这个锁的信息，其他客户端就可以再次获取到锁，破坏了锁的唯一性。
   • 从节点故障：虽然从节点故障一般不会直接导致锁的丢失，但可能会影响数据的备份和恢复，当主节点故障需要从从节点恢复数据时，从节点故障可能导致恢复数据不完整。
2. 应对策略 - 故障转移处理：
   • 使用Redis Sentinel：Sentinel可以监控Redis主节点和从节点的状态，当主节点发生故障时，Sentinel会自动将一个从节点晋升为主节点，并通知其他从节点进行复制。在使用分布式锁时，客户端连接到Sentinel，而不是直接连接到主节点。当主节点故障转移后，客户端能够感知到新的主节点地址，继续正常获取和释放锁。
   • 使用Redis Cluster：Redis Cluster是一种分布式部署方案，数据会分布在多个节点上。在这种架构下，锁数据也会分布存储，即使某个节点故障，其他节点依然可以正常提供服务，锁的获取和释放操作也可以继续进行，提高了系统的可用性。同时，Redis Cluster具备自动故障检测和故障转移功能，当某个节点故障时，集群会自动将该节点的槽（数据分区）重新分配到其他节点上。