Redis并发问题

晓山青青

Redis并发问题


Redis为单进程单线程模式，采用队列模式将并发访问变为串行访问。Redis本身没有锁的概念，Redis对于多个客户端连接并不存在竞争，但是在Jedis客户端对Redis进行并发访问时会发生连接超时、数据转换错误、阻塞、客户端关闭连接等问题，这些问题均是由于客户端连接混乱造成。对此有2种解决方法：
1.客户端角度，为保证每个客户端间正常有序与Redis进行通信，对连接进行池化，同时对客户端读写Redis操作采用内部锁synchronized。
2.服务器角度，利用setnx实现锁。
对于第一种，需要应用程序自己处理资源的同步，可以使用的方法比较通俗，可以使用synchronized也可以使用lock；第二种需要用到Redis的setnx命令，但是需要注意一些问题。
SETNX命令（SET if Not eXists）
语法：
SETNX key value功能： 将 key 的值设为 value ，当且仅当 key 不存在；若给定的 key 已经存在，则 SETNX 不做任何动作。
时间复杂度： O(1) 返回值： 设置成功，返回 1 。 设置失败，返回 0 。
模式：将 SETNX 用于加锁(locking)
SETNX 可以用作加锁原语(locking primitive)。比如说，要对关键字(key) foo 加锁，客户端可以尝试以下方式：
SETNX lock.foo
如果 SETNX 返回 1 ，说明客户端已经获得了锁， key 设置的unix时间则指定了锁失效的时间。之后客户端可以通过 DEL lock.foo 来释放锁。
如果 SETNX 返回 0 ，说明 key 已经被其他客户端上锁了。如果锁是非阻塞(non blocking lock)的，我们可以选择返回调用，或者进入一个重试循环，直到成功获得锁或重试超时(timeout)。
但是已经证实仅仅使用SETNX加锁带有竞争条件，在特定的情况下会造成错误。
处理死锁(deadlock)
上面的锁算法有一个问题：如果因为客户端失败、崩溃或其他原因导致没有办法释放锁的话，怎么办？
这种状况可以通过检测发现——因为上锁的 key 保存的是 unix 时间戳，假如 key 值的时间戳小于当前的时间戳，表示锁已经不再有效。
但是，当有多个客户端同时检测一个锁是否过期并尝试释放它的时候，我们不能简单粗暴地删除死锁的 key ，再用 SETNX 上锁，因为这时竞争条件(race condition)已经形成了：
C1 和 C2 读取 lock.foo 并检查时间戳， SETNX 都返回 0 ，因为它已经被 C3 锁上了，但 C3 在上锁之后就崩溃(crashed)了。 C1 向 lock.foo 发送 DEL 命令。 C1 向 lock.foo 发送 SETNX 并成功。 C2 向 lock.foo 发送 DEL 命令。 C2 向 lock.foo 发送 SETNX 并成功。 出错：因为竞争条件的关系，C1 和 C2 两个都获得了锁。
幸好，以下算法可以避免以上问题。来看看我们聪明的 C4 客户端怎么办：
C4 向 lock.foo 发送 SETNX 命令。 因为崩溃掉的 C3 还锁着 lock.foo ，所以 Redis 向 C4 返回 0 。 C4 向 lock.foo 发送 GET 命令，查看 lock.foo 的锁是否过期。如果不，则休眠(sleep)一段时间，并在之后重试。 另一方面，如果 lock.foo 内的 unix 时间戳比当前时间戳老，C4 执行以下命令： GETSET lock.foo
因为 GETSET 的作用，C4 可以检查看 GETSET 的返回值，确定 lock.foo 之前储存的旧值仍是那个过期时间戳，如果是的话，那么 C4 获得锁。 如果其他客户端，比如 C5，比 C4 更快地执行了 GETSET 操作并获得锁，那么 C4 的 GETSET 操作返回的就是一个未过期的时间戳(C5 设置的时间戳)。C4 只好从第一步开始重试。 注意，即便 C4 的 GETSET 操作对 key 进行了修改，这对未来也没什么影响。
这里假设锁key对应的value没有实际业务意义，否则会有问题，而且其实其value也确实不应该用在业务中。
为了让这个加锁算法更健壮，获得锁的客户端应该常常检查过期时间以免锁因诸如 DEL 等命令的执行而被意外解开，因为客户端失败的情况非常复杂，不仅仅是崩溃这么简单，还可能是客户端因为某些操作被阻塞了相当长时间，紧接着 DEL 命令被尝试执行(但这时锁却在另外的客户端手上)。
GETSET命令语法：
GETSET key value
功能： 将给定 key 的值设为 value ，并返回 key 的旧值(old value)。当 key 存在但不是字符串类型时，返回一个错误。
时间复杂度： O(1)
返回值： 返回给定 key 的旧值；当 key 没有旧值时，也即是， key 不存在时，返回 nil 。ref by
http://blog.iyunv.com/hpb21/article/details/7893013
http://redis.readthedocs.org/en/latest/string/setnx.html