Redis SETNX

使用Redis的SETNX实现锁机制

SETNX key value
  • SETNX全程Set If Not Exists,表示只有不存在的时候才设置键值对。
  • 只有在键key不存在的情况下才能将key的值设置为value
  • 若键key已经存在则SETNX命令不做任何动作
  • SETNX设置成功则返回1表示当前进程已经获得锁
  • SETNX设置失败则返回0表示其他进程已经获得锁,当前进程不能进入临界区,当前进程可以在一个循环中不断地尝试SETNX以获得锁。

利用Redis的SetNX可以实现锁的效果

  • 利用Redis的SETNX防止重复提交

比如:某查询接口由于调用量较大而添加缓存,并设置缓存过期后自动刷新。

问题:当并发较大时,缓存过期瞬间大量并发请求会穿透缓存直到查询数据库,造成雪崩效应。若存在锁机制,可控制只有一个请求去更新缓存,其他请求视情况要么等待,要么使用过期的缓存。

<?php
$ok = $redis->setNX($key, $value);//添加锁
if($ok){
  // 处理更新缓存逻辑
  // ...
  $redis->del($key);//删除锁
}

问题:若更新缓存时由于特殊原因意外退出,此时锁就不会被删除而一直会存在,以至于缓存再也得不到更新。

若当前进程获得锁以后,断开了与Redis的连接(可能是进程挂掉,或者是网络中断等等),如果没有有效的释放锁的机制,那么其他进程会处于一直等待的状态,即出现死锁。

为了解决这个问题可以为锁设置一个过期时间,由于SETNX本身并不具有过期时间的功能,因此需要借助于EXPIRE来设置,同时需要使用MULTI/EXEC包裹来确保请求的原子性。以免SETNX成功EXPIRE却失败。

<?php
$redis->multi();
$redis->setNX($key, $value);
$redis->expire($key, $ttl);
$redis->exec();

问题:当多个请求到达时虽然只有一个请求的SETNX可以成功,但任何一个请求的EXPIRE却都可以成功,这就意味着即使获取不到锁也可以刷新过期时间。如果请求比较密集的话,那么过期时间会一直被刷新,从而导致锁一直有效,仍然不能解决上面的问题。我们需要在保证原子性的同时,有条件的执行EXPIRE

//Lua代码
local key = KEYS[1]
local value = KEYS[2]
local ttl = KEYS[3]

local ok = redis.call("setnx", key, value)
if ok == 1 then 
  redis.call("expire", key, ttl)
end

Redis2.6.12起SET涵盖了SETNX的功能,SET本身包含了设置过期时间的功能。

<?php
//添加锁
$rs = $redis->set($key, $value, ["nx", "ex"=>$ttl]);
if($rs){
  //处理更新缓存逻辑
  //...
  //删除锁
  $redis->del($key);
}

问题:如果一个请求更新缓存的时间比锁的有效期还要长,会导致在缓存更新过程中锁就已经失效,此时另一个请求就会获取到锁。由于前一个请求在缓存更新完毕时,直接删除锁的话会出现误删其他请求创建的锁的情况。为了避免这种情况,在创建锁的时候需要引入随机数并在删除锁时加以判断。

<?php
$random = random();
$rs = $redis->set($key, $random, ["nx", "ex"=>$ttl]);
if($rs){
  //处理更新缓存的逻辑
  //...
  //先判断随机数以确定是否为同一个后再删除锁
  if($redis->get($key) == $random){
    $redis->del($key);
  }
}

使用随机值是为了以安全的方式释放锁,只有当锁存在并且锁中存储的值是期望的时候才会删除锁。建议随机值采用UNIX时间和微秒参与编码。

问题:若请求在删除锁时卡住然后锁过期了,此时下一个请求又成功地获取到了锁。

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