谈谈Redis的SETNX

在 Redis 里,所谓 SETNX,是「SET if Not eXists」的缩写,也就是只有不存在的时候才设置,可以利用它来实现锁的效果,不过很多人没有意识到 SETNX 有陷阱!

比如说:某个查询数据库的接口,因为调用量比较大,所以加了缓存,并设定缓存过期后刷新,问题是当并发量比较大的时候,如果没有锁机制,那么缓存过期的瞬间,大量并发请求会穿透缓存直接查询数据库,造成雪崩效应,如果有锁机制,那么就可以控制只有一个请求去更新缓存,其它的请求视情况要么等待,要么使用过期的缓存。

下面以目前 PHP 社区里最流行的 PHPRedis 扩展为例,实现一段演示代码:

<?php
$ok = $redis->setNX($key, $value);
if ($ok) {
    $cache->update();
    $redis->del($key);
}
?>

缓存过期时,通过 SetNX 获取锁,如果成功了,那么更新缓存,然后删除锁。看上去逻辑非常简单,可惜有问题:如果请求执行因为某些原因意外退出了,导致创建了锁但是没有删除锁,那么这个锁将一直存在,以至于以后缓存再也得不到更新。于是乎我们需要给锁加一个过期时间以防不测:

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

因为 SetNX 不具备设置过期时间的功能,所以我们需要借助 Expire 来设置,同时我们需要把两者用 Multi/Exec 包裹起来以确保请求的原子性,以免 SetNX 成功了 Expire 却失败了。 可惜还有问题:当多个请求到达时,虽然只有一个请求的 SetNX 可以成功,但是任何一个请求的 Expire 却都可以成功,如此就意味着即便获取不到锁,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,导致锁一直有效。于是乎我们需要在保证原子性的同时,有条件的执行 Expire,接着便有了如下 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

return ok

没想到实现一个看起来很简单的功能还要用到 Lua 脚本,着实有些麻烦。其实 Redis 已经考虑到了大家的疾苦,从 2.6.12 起,SET 涵盖了 SETEX 的功能,并且 SET 本身已经包含了设置过期时间的功能,也就是说,我们前面需要的功能只用 SET 就可以实现。

<?php

$ok = $redis->set($key, $value, array('nx', 'ex' => $ttl));

if ($ok) {
    $cache->update();
    $redis->del($key);
}

?>

如上代码是完美的吗?答案是还差一点!设想一下,如果一个请求更新缓存的时间比较长,甚至比锁的有效期还要长,导致在缓存更新过程中,锁就失效了,此时另一个请求会获取锁,但前一个请求在缓存更新完毕的时候,如果不加以判断直接删除锁,就会出现误删除其它请求创建的锁的情况,所以我们在创建锁的时候需要引入一个随机值:

<?php

$ok = $redis->set($key, $random, array('nx', 'ex' => $ttl));

if ($ok) {
    $cache->update();

    if ($redis->get($key) == $random) {
        $redis->del($key);
    }
}

?>

补充:本文在删除锁的时候,实际上是有问题的,没有考虑到 GC pause 之类的问题造成的影响,比如 A 请求在 DEL 之前卡住了,然后锁过期了,这时候 B 请求又成功获取到了锁,此时 A 请求缓过来了,就会 DEL 掉 B 请求创建的锁,此问题远比想象的要复杂,具体解决方案参见本文最后关于锁的若干个参考链接。

如此基本实现了单机锁,假如要实现分布锁,请参考:Distributed locks with Redis,不过分布式锁需要注意的地方更多:How to do distributed lockingIs Redlock safe。此外,还有中文版:基于Redis的分布式锁到底安全吗(上/下)。

转自 https://huoding.com/2015/09/14/463

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