分布式锁机制是在分布式系统中保证多个服务或者多个进程在并发操作共享资源的时候不会出现资源冲突导致数据不一致的一种保护机制。简单来讲，就是确保在一个分布式系统中，多个进程或者是多个线程在同一时间只能有一个线程或者是进程去访问某个共享资源，这样可以有效的不免因为资源冲突而产生的数据不一致的问题。

在传统的单机应用中，由于是在一个进程中的多线程，所以我们可以通过多线程之间的线程安全机制来处理线程同步问题。但是在分布式系统中，由于各个服务实例通常会运行在不同的物理机器或者是不同的容器中，就无法通过解决同一进程中的多线程问题的方式来解决这种问题，因为单机的多线程同步方案只能管理单应用的共享资源竞争问题，而无法管理多个实例之间的共享资源竞争问题。这个时候就需要我们用到分布式锁机制。

其实在日常开发中，我们有很多的分布式锁实现方式，例如可以通过数据库、通过Zookeeper、通过Redis、通过其他的一些手段，下面我们重点来介绍一下Redis实现分布式锁机制的原理。

基于Redis实现分布式锁

使用Redis来实现分布式锁主要是基于Redis指令自身的原子性操作。也就是说在Redis命令执行的过程中命令是不可分割的，意味着在命令执行的过程中不会被其他的命令中断，如果在执行过程中没有外部的干预，这些命令执行是不可被分割的，这些命令要么执行成功，要么执行失败，不会存在中间状态。这样一来，我们就可以保证命令执行之后的结果一定是可预知的两个状态。

??这样我们就可以基于这些命令操作来设计通过Redis中的各种命令来实现分布式锁机制。

使用SETNX命令实现分布式锁

SETNX命令表示只有在键值不存在的时候才会设置改键值，如果键值已经存在了那么就会返回0，否则就是创建键值返回命令执行成功1。

??通过这个命令，我们就可以保证在Redis中创建的键值对只会有唯一的一条。也就是说根据某个唯一标识可以保证只会有一个客户端可以已设置成功该键值。也就意味着该客户端能够获取到该锁。

??假设，某个客户端通过锁keylock:resource来设置一个分布式锁，这个锁key就是唯一标识来标记分布式锁的标识，它对应的值就是获取锁的客户端的唯一标识。如下所示。

SETNX lock:resource unique_lock_id

如果SETNX命令返回为1，那么就表示当前客户端获取到了这个锁，接下来就可以对共享资源进行操作了。如果SETNX命令返回为0，那么就表示锁已经被其他客户端获取到了，当前客户端就无法获取到该锁，也就没有办法操作共享资源，那么客户端可以做的操作就是等待或者是继续重试获取锁、或者是反馈操作失败。

当然，释放锁的操作也是一样的，首先我们需要获取到该锁，可以通过GET命令来获取到该锁，检查锁中包含的键值是否与当前客户端的键值一致，也就是说保证了释放的锁就是当前客户端的锁。只有当持有的锁和客户端对应的唯一标识一致的时候才可以通过DEL或者是UNLINK命令来删除键值，释放锁。其他客户端才能正常获取该锁。

??但实际开发中并不会这么一帆风顺的，我们的客户端调用、网络延迟、业务异常等等的一系列的问题很有可能导致代码执行逻辑根本无法调用到释放锁的逻辑。

??这种情况下，为了避免出现死锁问题，我们需要为这个锁设置一个过期时间，也就是说，当客户端因为某种原因无法释放锁的时候，该锁会在一定时间之后自动释放，这样就可以保证其他客户端能够重新获取到该锁执行共享操作。

??由于SETNX命令它本身不能执行直接设置键值过期时间的操作，它只能检查键值是否存在。因此在保证原子性的前提之下，无法同时设置过期时间。这就需要通过EXPIRE命令来设置过期时间了，如下所示。

EXPIRE lock:resource 30

这样一来我们就可以通过SETNX命令来设置分布式锁，然后通过EXPIRE命令来设置过期时间来防止死锁。

??但是需要注意，这种方式存在一个小问题，SETNX和EXPIRE是两个独立的操作，这两个操作各自独立操作都是原子性的，但是这两个命令之间的原子性并没有得到有效的保证，也就是说SETNX命令成功之后，EXPIRE命令可能由于某种情况而没有设置成功，这个时候就有可能导致死锁问题的出现，因此这种操作并不能完全的保证原子性。

通过SET命令来实现分布式锁

所以从Redis6.0开始就引入了一个新的SET命令的扩展形式，就可以允许在设置键值的时候一并设置过期时间和NX，这里NX就是指在键不存在的时候进行设置，这种操作就可以避免出现SETNX+EXPIRE命令分开而导致非原子性操作的出现，可以通过如下的命令来实现这个操作。

SET key value NX EX seconds

其中

• NX：表示只有当键不存在时，才会设置它的值。
• EX：表示设置键的过期时间（单位：秒）。

这样在Redis6.0以上的版本中可以直接通过这个命令来设置分布式锁，并且在设置锁的同时设置过期时间，如下所示。

SET lock:resource unique_lock_id NX EX 30

• lock:resource：锁的键名。
• unique_lock_id：锁的唯一标识符（可以是 UUID 或客户端 ID）。
• NX：只有在 lock:resource 键不存在时，才会设置值。
• EX 30：设置过期时间为 30 秒。

通过这种方式，我们就在保证原子性操作的同时设置键值和键值的过期时间这样就可以有效的避免因为SETNX命令和EXPIRE命令分离所带来的各种问题。

锁释放操作

在上面的分享中，我们介绍了关于如何设置分布式锁的操作。当客户端操作完成之后，我们就需要对锁进行释放，这个时候，为了能够保证客户端有效的释放锁，可以通过如下的步骤来实现锁释放操作。

• 检查锁：我们可以尝试通过GET命令来获取到该锁，检查是否与当前客户端的唯一标识所匹配，如果匹配到了，那么就可以释放当前客户端的锁，如果不是当前客户端的锁，当前客户端就不能进行锁释放的操作。
• 删除锁：在Redis中对于锁的释放操作其实就是去删除掉对应的键值操作，如果检查锁的过程中发现客户端的唯一标识与锁中的唯一标识正确匹配了，那么就执行DEL命令来删除键值就表示锁释放，否则就继续锁定。

??如下所示。

GET lock:resource

如果返回的Value值与当前客户端设置的unique_lock_id值匹配，那么就执行如下的命令来安全的删除Key值来实现锁释放操作，如下所示。

DEL lock:resource

这里我们会发现这两个命令也是两个独立的命令，它们自己能够实现独立的原子性操作，但是合起来就无法保证原子性的操作了，所以在通常情况下，我们会通过与Lua脚本结合的方式来保证锁释放的原子性操作，如下所示。

if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
    return 0
end

这里可能会有人问，有没有一种可以同时判断锁唯一性并且执行释放的命令，有兴趣的读者可以自己研究一下。

总结

在Redis使用场景中我们可以通过SEXNX+EXPIRE命令来实现分布式锁，但是从Redis6.0开始我们就可以通过SET命令来直接实现在设置锁的同时设置过期时间，这就需要我们考虑锁的续约等问题。在释放锁的时候，为了避免GET命令和DEL命令的原子性操作问题，我们引入了Lua脚本的方式来保证原子性操作。但是在更为复杂的高并发系统中，可能需要更加复杂的Redis锁实现方案结合Redis Sentinel、Redis Cluster等来实现更多分布式锁的可靠保障。有兴趣的读者可以关注博主，在后续的分享中博主会深入进行分享。