Redis实现并发阻塞锁方案
原创
由于用户同时访问线上的下订单接口，导致在扣减库存时出现了异常，这是一个很典型的并发问题，本篇文章为解决并发问题而生，采用的技术为Redis锁机制+多线程的阻塞唤醒方法。
在实现Redis锁机制之前，我们需要了解一下前置知识。
一、前置知识
1、多线程
将wait()、notifyAll()归为到多线程的方法中略有一些不恰当，这两个方法是Object中的方法。
① 当调用了wait()方法后，让当前线程进入等待状态，并且让当前线程释放对象锁，等待既为阻塞状态，等待notifyAll()方法的唤醒。
wait()方法和sleep()方法有一些相似之处，都是使当前线程阻塞，但他们实际是有一些区别的。
- 执行wait() 方法之前需要请求锁，wait()方法执行的时候会释放锁，等待被唤醒的时候竞争锁。
- sleep()只是让当前线程休眠一段时间，无视锁的存在。
- wait() 是Object类的方法 sleep()是Thread的静态方法
② notifyAll()方法为唤醒wait()中的线程。
notifyAll() 和 notify() 方法都是可以唤醒调用了wait()方法，而陷入阻塞的线程。
但是notify()是随机唤醒这个阻塞队列中随机的一个线程，而notifyAll()是唤醒所用的调用了wait()方法而陷入阻塞的线程，让他们自己去抢占对象锁。
notifyAll() 和 notify() 也都是必须在加锁的同步代码块中被调用，它们起的是唤醒的作用，不是释放锁的作用，只用在当前同步代码块中的程序执行完，也就是对象锁自然释放了，notifyAll() 和 notify()方法才会起作用，去唤醒线程。
wait()方法一般是和notify() 或者 notifyAll() 方法一起连用的。
以上为掌握本篇博客必备的多线程知识，如果系统学习多线程的相关知识可查阅博客 程序员田同学
2、Redis
加锁的过程本质上就是往Redis中set值，当别的进程也来set值时候，发现里面已经有值了，就只能放弃获取稍后再试。
Redis提供了一个天然实现锁机制的方法。
在Redis客户端的命令为 setnx(set if not exists)
在集成Springboot中采用的方法为：
redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value);如果里面set值成功会返回True，如果里面已经存在值就会返回False。
在我们实际使用的时候，setIfAbsent()方法并不是总是返回True和False。
如果我们的业务中加了事务，该方法会返回null，不知道这是一个bug还是什么，这是Redis的一个巨坑，浪费了很长时间才发现了这个问题，如果解决此问题可以跳转到第四章。
二、实现原理
分布式锁本质上要实现的目标就是在 Redis 里面占一个位置，当别的进程也要来占时，发现已经有人占在那里了，就只好放弃或者稍后再试。占位一般是使用 setnx(set if not exists) 指令，只允许被一个客户端占位。先来先占， 事办完了，再调用 del 指令释放茅坑。
其中，发现Redis中已经有值了，当前线程是直接放弃还是稍后再试分别就代表着，非阻塞锁和阻塞锁。
在我们的业务场景中肯定是要稍后再试（阻塞锁），如果是直接放弃（非阻塞锁）在数据库层面就可以直接做，就不需要我们在代码大费周章了。
非阻塞锁只能保存数据的正确性，在高并发的情况下会抛出大量的异常，当一百个并发请求到来时，只有一个请求成功，其他均会抛出异常。
Redis非阻塞锁和 MySQL的乐观锁，最终达到的效果是一样的，乐观锁是采用CAS的思想。
乐观锁方法：表字段 加一个版本号，或者别的字段也可以！加版本号，可以知道控制顺序而已！在update 的时候可以where后面加上version= oldVersion。数据库，在任何并发的情况下，update 成功就是 1 失败就是 0 .可以根据返回的 1 ，0 做相应的处理！
我们更推荐大家使用阻塞锁的方式。
当获取不到锁时候，我们让当前线程使用wait()方法唤醒，当持有锁的线程使用完成后，调用notifyAll()唤醒所有等待的方法。
三、具体实现
以下代码为阻塞锁的实现方式。
业务层：
public String test() throws InterruptedException {
lock("lockKey");
System.out.println("11");
System.out.println("22");
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"***********");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("33");
System.out.println("44");
System.out.println("55");
unlock("lockKey");
return "String";
}锁的工具类:
主要是加锁和解锁的两个方法。
//每一个redis的key对应一个阻塞对象
private static HashMap<String, Object> blockers = new HashMap<>();
//当前获得锁的线程
private static Thread curThread;
public static RedisTemplate redisTemplate = (RedisTemplate) SpringUtils.getBean("redisTemplate") ;
/**
* 加锁
* @param key
* @throws InterruptedException
*/
public static void lock(String key) {
//循环判断是否能够创建key， 不能则直接wait释放CPU执行权
//放不进指说明锁正在被占用
System.out.println(key+"**");
while (!RedisUtil.setLock(key,"1",3)){
synchronized (key) {
blockers.put(key, key);
//wait释放CPU执行权
try {
key.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
blockers.put(key, key);
//能够成功创建，获取锁成功记录当前获取锁线程
curThread = Thread.currentThread();
}
/**
* 解锁
* @param key
*/
public static void unlock(String key) {
//判断是否为加锁的线程执行解锁， 不是则直接忽略
if( curThread == Thread.currentThread()) {
RedisUtil.delete(key);
//删除key之后需要notifyAll所有的应用， 所以这里采用发订阅消息给所有的应用
// RedisUtil.publish("lock", key);
//notifllall其他线程
Object lock = blockers.get(key);
if(lock != null) {
synchronized (lock) {
lock.notifyAll();
}
}
}
}当我们在不加锁时候，使用接口测试工具测试时，12345并不能都是顺序执行的，会造成输出顺序不一致，如果是在我们的实际场景中，这是输入换成了数据库的select和update，数据出现错乱也是很正常的情况了。
当我们加上锁以后，12345都是顺序输出，并发问题顺利解决了。
四、附录
1、Redis存在的bug
本来lock()方法是直接调用 "Redis.setIfAbsent()" 方法，但是在使用时候一直报空指针异常，最终定位问题为Redis.setIfAbsent()方法存在问题。
在我的实际业务中，下订单的方法使用了@Transflastion增加了事务，导致该方法返回null，我们手写一个实现setIfAbsent()的作用。
/**
* 只有key不存在时,才设置值, 返回true, 否则返回false
*
* @param key key 不能为null
* @param value value 不能为null
* @param timeout 过期时长, 单位为妙
* @return
*/
public static Boolean setLock(String key,String value, long timeout) {
SessionCallback<Boolean> sessionCallback = new SessionCallback<Boolean>() {
List<Object> exec = null;
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public Boolean execute(RedisOperations operations) throws DataAccessException {
operations.multi();
redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value);
redisTemplate.expire(key,timeout, TimeUnit.SECONDS);
exec = operations.exec();
if(exec.size() > 0) {
return (Boolean) exec.get(0);
}
return false;
}
};
return (Boolean) redisTemplate.execute(sessionCallback);
}方便对比，以下贴上原本的setIfAbsent()方法。
/**
* 只有key不存在时,才设置值, 返回true, 否则返回false [警告：事务或者管道情况下会报错-可使用 setLock方法]
*
* @param key key 不能为null
* @param value value 不能为null
* @param timeout 过期时长, 单位为妙
* @return
*/
@Deprecated
public static <T> Boolean setIfAbsent(String key, T value, long timeout) {
// redisTemplate.multi();
ValueOperations<String, T> valueOperations = redisTemplate.opsForValue();
Boolean aBoolean = valueOperations.setIfAbsent(key, value, timeout, TimeUnit.SECONDS);
// redisTemplate.exec();
return aBoolean;
}2、MySQL的锁机制
在并发场景下MySQL会报错，报错信息如下：
### Cause: com.mysql.cj.jdbc.exceptions.MySQLTransactionRollbackException: Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
; SQL []; Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction; nested exception is com.mysql.cj.jdbc.exceptions.MySQLTransactionRollbackException: Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction问题出现的原因是，某一种表频繁被锁表，导致另外一个事务超时，出现问题的原因是MySQL的机制。
MySQL更新时如果where字段存在索引会使用行锁，否则会使用表锁。
我们使用navichat在where字段上加上索引，问题顺利的迎刃而解。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
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