【JAVA高级】如何使用Redis加锁和解锁（一）、Lua脚本执行原理及流程

在Redis中加锁和解锁通常是通过Redis的原子性命令来实现的，以保证操作的原子性和线程安全。
以下是在Redis中加锁和解锁的详细步骤和注意事项：

加锁

方法一：使用SETNX命令结合EXPIRE命令

1.SETNX命令：SETNX是“SET if Not eXists”的缩写，它会在指定的key不存在时设置key的值。如果key已经存在，则命令不执行任何操作。

• 命令格式：SETNX key value
• 如果key不存在，设置key的值并返回1（表示加锁成功）。
• 如果key已存在，不做任何操作并返回0（表示加锁失败）。

2.EXPIRE命令：为防止死锁，需要在加锁后设置一个过期时间。

• 命令格式：EXPIRE key seconds
• 设置key的过期时间，单位为秒。

注意：由于SETNX和EXPIRE是两个命令，它们之间可能存在时间差，这可能导致在SETNX和EXPIRE命令之间，Redis服务器崩溃或其他问题导致锁无法正确释放。因此，这种方法存在潜在的安全隐患。

方法二：使用SET命令的扩展参数（NX和PX）

Redis 2.6.12及以上版本支持SET命令的NX和PX选项，可以一次性完成加锁和设置过期时间的操作，从而避免上述安全隐患。

命令格式：SET key value NX PX milliseconds

• NX：只在key不存在时设置key的值。
• PX：设置key的过期时间，单位为毫秒。
  如果命令执行成功，则表示加锁成功；如果因为key已存在而执行失败，则表示加锁失败

方法三：使用Lua脚本

Lua脚本可以确保加锁和设置过期时间的原子性。

local lockKey = KEYS[1]  
local lockValue = ARGV[1]  
local lockTime = tonumber(ARGV[2])  
if redis.call('setnx', lockKey, lockValue) == 1 then  
    redis.call('expire', lockKey, lockTime)  
    return 1  
else  
    return 0  
end

使用EVAL命令执行Lua脚本。

解锁

解锁操作通常是通过删除Redis中的key来实现的。但是，直接删除key可能会存在安全风险，因为任何客户端都可以删除key，从而解锁。因此，解锁操作通常需要验证当前客户端是否是锁的持有者。

方法一：简单删除key

如果不考虑安全因素，可以直接使用DEL命令删除key来解锁。

• 命令格式：DEL key
  但是，这种方法不推荐在生产环境中使用，因为它无法验证锁的持有者。

方法二：使用Lua脚本验证后删除key

为了确保解锁的安全性，可以使用Lua脚本来验证当前客户端是否是锁的持有者，然后再删除key。

-- KEYS[1] 是锁的key  
-- ARGV[1] 是锁的持有者（即客户端的唯一标识符）  
  
local lockKey = KEYS[1]  
local lockValue = ARGV[1]  
  
-- 检查锁是否存在，并且锁的值是否与客户端提供的值相匹配  
if redis.call('get', lockKey) == lockValue then  
    -- 如果匹配，则删除锁  
    return redis.call('del', lockKey)  
else  
    -- 如果不匹配，则不执行任何操作，并返回0表示解锁失败  
    return 0  
end

使用EVAL命令执行Lua脚本。
这种方法通过验证锁的值来确保只有锁的持有者才能解锁，从而提高了系统的安全性。

在Redis中加锁和解锁时，应优先考虑使用SET命令的扩展参数（NX和PX）或Lua脚本来确保操作的原子性和安全性。同时，为了避免死锁的发生，应为锁设置合理的过期时间。在解锁时，应验证锁的持有者身份，确保只有锁的持有者才能解锁。

Lua脚本的执行原理：

Lua脚本在Redis中的实现原理主要依赖于Redis服务器对Lua脚本的支持。Redis从2.6版本开始引入了Lua脚本功能，允许用户将一系列Redis命令封装在Lua脚本中，然后一次性发送给Redis服务器执行。这种方式有几个重要的优点，包括减少网络开销、保证命令的原子性执行以及简化客户端逻辑。

执行原理

• 脚本发送：
  客户端将Lua脚本以字符串的形式发送给Redis服务器。脚本中可以包含任意数量的Redis命令，这些命令会按照脚本中的顺序执行。
• 脚本加载：
  Redis服务器接收到Lua脚本后，会将其加载到内存中。这一步主要是将脚本字符串存储起来，以便后续执行。
• 脚本执行：
  当需要执行脚本时，Redis服务器会启动一个Lua环境（通常是基于LuaJIT或标准Lua解释器），并将脚本字符串传递给这个环境进行执行。在脚本执行期间，Redis服务器会暂停处理其他客户端的命令（或者将它们排入队列），以确保脚本的原子性执行。
• 脚本内部操作：
  Lua脚本内部可以使用Redis提供的Lua库来执行Redis命令。这些命令会被封装成Lua函数，脚本可以直接调用这些函数来与Redis数据库进行交互。例如，脚本可以使用redis.call()函数来执行Redis命令，并获取命令的返回结果。
• 结果返回：
  脚本执行完毕后，Lua环境会将脚本的最后一个返回值（或所有返回值，取决于客户端的请求）返回给Redis服务器。Redis服务器再将这个值（或这些值）发送给客户端。
• 脚本清理：
  如果脚本执行成功并返回了结果，Redis服务器会清理与脚本相关的资源，包括Lua环境中的变量和Redis命令的执行结果等。如果脚本执行过程中发生了错误，Redis服务器会记录错误信息，并可能将错误信息返回给客户端。

原子性保证

Lua脚本在Redis中的执行是原子的，这意味着在脚本执行期间，Redis服务器不会处理其他客户端的命令。这种原子性保证是通过Redis服务器内部的机制来实现的，具体来说，Redis服务器在执行Lua脚本时会使用一种称为“脚本锁”的机制来阻塞其他客户端的命令。

这种原子性保证对于实现分布式锁等需要高度一致性的操作非常重要。通过使用Lua脚本，我们可以确保在加锁和解锁的过程中，Redis命令的执行不会被其他客户端的命令打断，从而避免了竞态条件的发生。

注意事项

• 脚本超时：Redis允许为Lua脚本设置最大执行时间（通过lua-time-limit配置项），以防止脚本执行时间过长导致Redis服务器无响应。如果脚本执行时间超过了限制，Redis服务器将中断脚本的执行并返回错误。
• 内存使用：Lua脚本在Redis服务器中执行时会占用一定的内存资源。如果脚本过大或过于复杂，可能会导致Redis服务器的内存使用过高。因此，在编写Lua脚本时需要注意内存的使用情况。
• 脚本缓存：Redis会将已经加载的Lua脚本缓存起来，以便后续再次执行时可以直接使用缓存的脚本字符串，而不需要重新发送脚本内容。这有助于减少网络开销和提高执行效率。但是，如果缓存的脚本过多，也可能会占用较多的内存资源。因此，在需要时可以通过SCRIPT FLUSH命令来清空脚本缓存。

Lua示例：解锁

-- KEYS[1] 是锁的key  
-- ARGV[1] 是锁的持有者（即客户端的唯一标识符）  
  
local lockKey = KEYS[1]  
local lockValue = ARGV[1]  
  
-- 检查锁是否存在，并且锁的值是否与客户端提供的值相匹配  
if redis.call('get', lockKey) == lockValue then  
    -- 如果匹配，则删除锁  
    return redis.call('del', lockKey)  
else  
    -- 如果不匹配，则不执行任何操作，并返回0表示解锁失败  
    return 0  
end

在Redis客户端中，你可以使用如下命令来执行这个Lua脚本：

-- 假设锁的key是"mylock"，锁的持有者标识符是"myuniquevalue"  
EVAL "local lockKey = KEYS[1]; local lockValue = ARGV[1]; if redis.call('get', lockKey) == lockValue then return redis.call('del', lockKey) else return 0 end" 1 mylock myuniquevalue

这里，EVAL命令用于执行Lua脚本，1表示脚本中KEYS数组的长度（在这个例子中，我们只有一个key），mylock是传递给脚本的key，myuniquevalue是传递给脚本的持有者标识符。

如果脚本返回1，则表示锁已成功解锁；如果返回0，则表示锁不存在或当前客户端不是锁的持有者，因此无法解锁。