Redisson 分布式锁底层原理实现详解

1、概述

Redisson 是基于 Redis 实现的分布式锁，其核心思想是利用 Redis 的 SET NX（SET if Not eXists）+ PX(过期时间) 来实现锁的互斥性，同时通过 Lua 脚本 处理加锁、解锁、续期等原子操作，保证分布式环境下的安全性。

2、主要过程

2.1、加锁（tryLock）

定义: 通过 SET NX 实现锁的互斥功能。

• 命令： SET key value NX PX expireTime
• 作用： 使用 SETNX 保证互斥性，使用 PX 设置过期时间防止死锁
• 数据结构：
  • key： lock:{name}，如 lock:order:123
  • value： 存储唯一标识（UUID + 线程ID），用于区分不同客户端的锁
• 特点：
  如果 key 不存在，创建并返回 OK，表示加锁成功。
  如果 key 存在，返回 nil，表示加锁失败。

2.2、锁续约（Watchdog 机制）

定义：在tryLock未设置 leaseTime 时候会启动看门狗机制，定期（默认 10s）延长30s锁的过期时间。
实现方式：
Redisson 在获取RFuture时候，如果获取锁成功，就会执行scheduleExpirationRenewal（）方法，执行对应的代码

scheduleExpirationRenewal代码如下：

// 续期锁的过期时间
private void renewExpiration() {
    // 从过期续期映射中获取锁的过期条目
    ExpirationEntry ee = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
    if (ee == null) {
        return; // 如果找不到条目，说明没有锁需要续期
    }

    // 创建一个定时任务，用于定期续期锁的过期时间
    Timeout task = commandExecutor.getServiceManager().newTimeout(new TimerTask() {
        @Override
        public void run(Timeout timeout) throws Exception {
            // 重新获取过期条目
            ExpirationEntry ent = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
            if (ent == null) {
                return; // 如果条目已被移除，结束任务
            }
            // 获取持有锁的线程 ID
            Long threadId = ent.getFirstThreadId();
            if (threadId == null) {
                return; // 如果没有线程 ID，说明没有线程持有该锁，结束任务
            }

            // 异步续期锁的过期时间
            CompletionStage<Boolean> future = renewExpirationAsync(threadId);
            future.whenComplete((res, e) -> {
                if (e != null) {
                    // 如果续期过程中发生错误，记录日志并移除续期条目
                    log.error("Can't update lock {} expiration", getRawName(), e);
                    EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(getEntryName());
                    return;
                }

                if (res) {
                    // 如果续期成功，重新调度续期任务
                    renewExpiration();
                } else {
                    // 如果续期失败，取消续期操作
                    cancelExpirationRenewal(null);
                }
            });
        }
    }, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS); // 定时任务每 internalLockLeaseTime / 3 毫秒执行一次
    
    // 设置定时任务到过期条目中
    ee.setTimeout(task);
}

// 启动续期操作，首次获取锁时会调用此方法
protected void scheduleExpirationRenewal(long threadId) {
    // 创建新的过期条目
    ExpirationEntry entry = new ExpirationEntry();
    // 尝试将新的条目加入到续期映射中
    ExpirationEntry oldEntry = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(getEntryName(), entry);
    if (oldEntry != null) {
        // 如果条目已存在，说明已有其他线程在续期，添加当前线程 ID 到条目中
        oldEntry.addThreadId(threadId);
    } else {
        // 如果是首次添加，开始进行续期操作
        entry.addThreadId(threadId);
        try {
            // 启动锁过期续期任务
            renewExpiration();
        } finally {
            // 如果当前线程被中断，取消续期操作
            if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                cancelExpirationRenewal(threadId);
            }
        }
    }
}

2.3、解锁（unlock）

命令： 通过Lua 脚本确保原子性

2.4、可重入性

实现方式： Redisson 维护一个 可重入计数器**（Hash 结构）**，如果同一线程再次获取锁，计数器递增。
存储结构：
key： lock:{name}
value： UUID:threadId 作为唯一标识
hash 结构（可重入计数器）

HINCRBY lock:{name} UUID:threadId 1

解锁时，只有计数器 == 0，才真正删除 Redis 锁

2.5、失败重试

策略：
线程获取锁失败时，不会立即放弃，而是进入 自旋等待。

主要机制：

通过计算计算减去锁消耗时间得到的锁最大等待时间，如果 >0 执行对应的订阅功能，订阅其他获取锁的信号，如果其他线程释放锁会发布信号，收到订阅后再执行重试获取锁机制，，等待订阅最大时间是 waitime ，从而不是直接进行循环，导致性能的损耗，最后进行 while（true） 直至获取锁成功为止。