基于Redis的分布式锁到底安全吗？

Feb 10, 2020 | haifeiWu | Java | 阅读

文章目录

1. 单机 Redis 实现的分布式锁
2. 分布式 Redis 实现的分布式锁
1. 2.1. Redlock 算法
2. 2.2. DDIA 作者对于 Redlock 的观点
3. 最后的讨论
4. 参考

作者：haifeiWu
原文链接：https://www.hchstudio.cn/article/2020/7bc5/
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单机 Redis 实现的分布式锁

1，单机实现分布式锁的脚本（官方推荐实现）

SET lock_key random_value NX PX 10000
// do sth
eval "if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
          return redis.call("del",KEYS[1])
      else
          return 0
      end"

2，注意事项（对释放锁的控制，以及锁超时的控制）random_value 要保证唯一，可以用 trace_id 来保证！
3，存在的问题，单机Redis只是依赖单台 Redis ，当依赖的 Redis 挂掉之后会造成比较大的问题！
4，那么部署 Redis 的主从可以保证吗？主要原因是 Redis 主节点与从节点之间的数据同步是异步的。

分布式 Redis 实现的分布式锁

Redlock 算法

Redlock 算法是基于 N 个完全独立的 Redis 节点（通常情况下 N 可以设置成 5）。
1，获取当前时间（毫秒数）。

2，按顺序依次向 N 个 Redis 节点执行获取锁的操作。这个获取操作跟基于单 Redis 节点的获取锁的过程相同。为了保证在某个 Redis 节点不可用的时候算法能够继续运行，这个获取锁的操作还有一个超时时间(time out)，它要远小于锁的有效时间（几十毫秒量级）。客户端在向某个 Redis 节点获取锁失败（比如该Redis节点不可用，或者该 Redis 节点上的锁已经被其它客户端持有）以后，应该立即尝试下一个 Redis 节点。

3，计算整个获取锁的过程总共消耗了多长时间，计算方法是用当前时间减去第1步记录的时间。如果客户端从大多数Redis节点（>= N/2+1）成功获取到了锁，并且获取锁总共消耗的时间没有超过锁的有效时间(lock validity time)，那么这时客户端才认为最终获取锁成功；否则，认为最终获取锁失败。

4，如果最终获取锁成功了，那么这个锁的有效时间应该重新计算，它等于最初的锁的有效时间减去第3步计算出来的获取锁消耗的时间。

5，如果最终获取锁失败了（可能由于获取到锁的 Redis 节点个数少于 N/2+1 ，或者整个获取锁的过程消耗的时间超过了锁的最初有效时间），那么客户端应该立即向所有 Redis 节点发起释放锁的操作（这里来保证所有的 Redis 节点都可以报以获取的锁释放掉）。

Redlock 算法实现的前提是基于不同的机器具有相同的时钟，或者误差很小可以忽略不计的假设。(这也是DDIA作者喷的一点)

存在的问题：
1，关于Redis的持久化的问题
假设一共有5个Redis节点：A, B, C, D, E。设想发生了如下的事件序列：
1.1 客户端1成功锁住了A, B, C，获取锁成功（但D和E没有锁住）。
1.2 节点C崩溃重启了，但客户端1在C上加的锁没有持久化下来，丢失了。
1.3 节点C重启后，客户端2锁住了C, D, E，获取锁成功。

Redis 给出的解决方案：延迟重启，既当 Redis 节点挂掉之后不要立刻重启，而要等待一个锁的过期时间之后再重启。

2，如果获取锁消耗的时间过多以至于无法完成后续的操作，如何释放锁？
个人认为需要业务方自己拿捏一个业务操作的需要消耗的时长，

3，antirez在设计Redlock的时候，是充分考虑了网络延迟和程序停顿所带来的影响的。但是，对于客户端和资源服务器之间的延迟（即发生在算法第3步之后的延迟），antirez 是承认所有的分布式锁的实现，包括 Redlock，是没有什么好办法来应对的。

DDIA 作者对于 Redlock 的观点

在 Martin 的这篇文章中，他把锁的用途分为两种：

为了效率(efficiency)，协调各个客户端避免做重复的工作。即使锁偶尔失效了，只是可能把某些操作多做一遍而已，不会产生其它的不良后果。比如重复发送了一封同样的 email。
为了正确性(correctness)。在任何情况下都不允许锁失效的情况发生，因为一旦发生，就可能意味着数据不一致(inconsistency)，数据丢失，文件损坏，或者其它严重的问题。

1，带有自动过期功能的分布式锁，必须提供某种fencing机制来保证对共享资源的真正的互斥保护。Redlock 提供不了这样一种机制。

上图展示的是：由于GC停顿造成的共享资源被多个客户端访问的问题。原因是：客户端在 GC 停顿造成锁的等待超时从而被释放，然而客户端并不知道，认为自己还是处于持有锁的状态。

上图展示的是：通过使用 fencing tokens 来解决锁失效未释放的问题。Redis 指出上图的漏洞，如果客户端1和客户端2都发生了GC pause，两个fencing token都延迟了，它们几乎同时到达了资源服务器，但保持了顺序，那么资源服务器是不是就检查不出问题了？这时对于资源的访问是不是就发生冲突了？

2，Redlock 构建在一个不够安全的系统模型之上。它对于系统的记时假设(timing assumption)有比较强的要求，而这些要求在现实的系统中是无法保证的。
Redlock 算法对机器时钟的强依赖，Martin 认为算法的实现不应该对时序做任何假设：进程可能会暂停任意时长，数据包可能会在网络中被任意延迟，时钟可能会被任意错误，即便如此，该算法仍可以正确执行并给出正确结果。
关于时钟的不可靠性：Redis 作者认为 Redlock 对时钟的要求，并不需要完全精确，它只需要时钟差不多精确就可以了。

3，在 Redlock 第三步完成之后的网络延迟，也为造成 Redlock 算法的失效，但是这个问题并不是 Redlock 算法独有的

Martin得出了如下的结论：

如果是为了效率(efficiency)而使用分布式锁，允许锁的偶尔失效，那么使用单 Redis 节点的锁方案就足够了，简单而且效率高。Redlock 则是个过重的实现(heavy weight)。
如果是为了正确性(correctness)在很严肃的场合使用分布式锁，那么不要使用 Redlock。它不是建立在异步模型上的一个足够强的算法，它对于系统模型的假设中包含很多危险的成分(对于 timing)。而且，它没有一个机制能够提供 fencing token。那应该使用什么技术呢？Martin认为，应该考虑类似Zookeeper的方案，或者支持事务的数据库。

最后的讨论

在了解了 Redlock 算法的逻辑及其可能存在的问题之后，我们可以针对自己的业务场景进行选择~

参考

How to do distributed locking

Is Redlock safe?

Distributed locks with Redis

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作者：haifeiWu
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