概念

PHP使用分布式鎖，受語(yǔ)言本身的限制，有一些局限性。

• 通俗理解單機(jī)鎖問(wèn)題：自家的鎖鎖自家的門，只能保證自家的事，管不了別人家不鎖門引發(fā)的問(wèn)題，于是有了分布式鎖。
• 分布式鎖概念：是針對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的鎖。避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致或者并發(fā)沖突的問(wèn)題，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)確保在任意時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)操Y源進(jìn)行操作，單機(jī)的鎖只能夠單節(jié)點(diǎn)使用，多節(jié)點(diǎn)防不住。
• 核心原理：分布式鎖的核心原理，就是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行時(shí)，先去一個(gè)公共的地方判斷是否持有鎖，如果有鎖就說(shuō)明資源被占用，沒(méi)鎖就可以持有該資源。
• 通俗舉例：多個(gè)部門，開(kāi)部門會(huì)議，需要占用會(huì)議室的位置，發(fā)現(xiàn)會(huì)議室門關(guān)著，不知道里面有沒(méi)有人，此時(shí)門外面有個(gè)牌子說(shuō)明是會(huì)議中，還是會(huì)議結(jié)束，離老遠(yuǎn)就知道會(huì)議室是不是被占用了，避免會(huì)議競(jìng)爭(zhēng)引起的錯(cuò)亂。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 分布式排它：保證只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)被訪問(wèn)，常用于秒殺，等并發(fā)問(wèn)題的處理。
• 分布式任務(wù)調(diào)度：在分布式任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)競(jìng)爭(zhēng)執(zhí)行同一個(gè)任務(wù)，使用分布式鎖可以確保只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行該任務(wù)，避免重復(fù)執(zhí)行和沖突。
• 并發(fā)下數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)幻讀問(wèn)題：并發(fā)下的MySQL事務(wù)當(dāng)中，插入數(shù)據(jù)前先判斷有沒(méi)有，沒(méi)有再插入，從而避免重復(fù)，但是其它事務(wù)未提交，就檢測(cè)不到（RR的隔離級(jí)別導(dǎo)致的），但是插入相同數(shù)據(jù)，又會(huì)導(dǎo)致唯一約束起作用從而報(bào)錯(cuò)，添加分布式鎖，從而避免報(bào)錯(cuò)。（這場(chǎng)景適用于唯一約束沖突報(bào)錯(cuò)很多的場(chǎng)景功能，否則使用了會(huì)影響性能）。

分布式鎖的特點(diǎn)

1. 互斥性，相同時(shí)間，只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)獲取該鎖，其它節(jié)點(diǎn)要么等待要么直接返回失敗。
2. 可重入（單個(gè)節(jié)點(diǎn)可重復(fù)獲取該鎖且不會(huì)發(fā)生阻塞），PHP的語(yǔ)言特性不支持。
3. 安全（獲取鎖的節(jié)點(diǎn)崩潰或失去連接、鎖資源會(huì)釋放）。

可用的存儲(chǔ)組件選擇

Redis、MySQL（樂(lè)觀鎖、或悲觀鎖）、ZooKeeper、Etcd、Memcache等存儲(chǔ)組件都可以實(shí)現(xiàn)分布式鎖。
ZooKeeper、Etcd是Java生態(tài)，PHP幾乎不用。
Memcache很少用了，一般都會(huì)用redis。
MySQL性能比不了Redis，高并發(fā)過(guò)來(lái)容易被夯住，數(shù)據(jù)不會(huì)自動(dòng)過(guò)期刪除，需要邏輯判斷。所以也不用。

分布式鎖要求高性能，和自動(dòng)過(guò)期的兜底特性，所以用Redis的set命令剛好。
Redis分布式鎖，又稱為Redis Distributed Lock，也叫RedLock。

用Redis手動(dòng)實(shí)現(xiàn)分布式鎖（示例）

這是花十分鐘寫出來(lái)的例子，不建議商用。

class RedLock {
    //聲明redis
    private $redis;

    /**
     * @function 構(gòu)造方法初始化redis
     * @other    void
     */
    public function __construct() {
        $redis = new Redis();
        $redis->connect('127.0.0.1', 6379);
        $this->redis = $redis;
    }


    /**
     * @function 非阻塞分布式鎖
     * @param    $key string 鎖名稱
     * @param    $ttl int    key自動(dòng)過(guò)期時(shí)間，單位毫秒
     * @return   array|false 成功返回?cái)?shù)組，失敗返回false
     * @other    void
     */
    public function redLock($lock_name, $ttl = 10000) {
        $val = base64_encode(openssl_random_pseudo_bytes(32));
        $set = $this->redis->set($lock_name, $val, ['NX', 'PX' => $ttl]);
        if($set === false) {
            return false;
        }

        return ['key' => $lock_name, 'val' => $val];
    }



    /**
     * @function 阻塞式分布式鎖
     * @param    $key string 鎖名稱
     * @param    $ttl int    key自動(dòng)過(guò)期時(shí)間，單位毫秒
     * @param    $ttl int    超時(shí)時(shí)間，單位毫秒
     * @return   array|false 成功返回?cái)?shù)組，失敗返回false
     * @other    void
     */
    public function redLockSpin($lock_name, $ttl = 10000, $timeout = 3000) {
        $start = bcmul(microtime(true), 1000, 2);
        $val = base64_encode(openssl_random_pseudo_bytes(32));
        $set = $this->redis->set($lock_name, $val, ['NX', 'PX' => $ttl]);
        if($set === false) {
            while(true) {
                //超時(shí)
                $start_loop = bcmul(microtime(true), 1000, 2);
                if(bcadd($start, $timeout, 2) <= $start_loop) {
                    return false;
                }

                //嘗試獲取鎖
                $set_loop = $this->redis->set($lock_name, $val, ['NX', 'PX' => $ttl]);
                if($set_loop) {
                    return ['key' => $lock_name, 'val' => $val];
                }

                usleep(50000);
            }
        }

        return ['key' => $lock_name, 'val' => $val];
    }


    /**
     * @function 釋放鎖資源
     * @param    $key array|false 鎖資源
     * @return   bool
     * @other    void
     */
    public function unLock($lock) {
        if($lock === false) {
            return false;
        }

        $script = '
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                return redis.call("DEL", KEYS[1])
            else
                return 0
            end
        ';

        if(! $this->redis->eval($script, [$lock['key'], $lock['val']], 1)) {
            return false;
        }

        return true;
    }
}

$redLock = new RedLock();
if($lock = $redLock->redLockSpin('test_key')) {
    echo '搶到鎖了，處理一些業(yè)務(wù)邏輯';
} else {
    echo '鎖沒(méi)有搶到';
}

$redLock->unLock($lock);

現(xiàn)有的解決方案

java實(shí)現(xiàn)分布式鎖有redisson，PHP也有自己的包。
看過(guò)一些博主的用PHP實(shí)現(xiàn)分布式鎖，好多沒(méi)有使用Lua，這沒(méi)辦法保證多條Redis語(yǔ)句原子性的執(zhí)行。
項(xiàng)目中能用到這種東西的，對(duì)于高可用、原子性、穩(wěn)定性有很強(qiáng)的依賴，所以推薦使用成熟的擴(kuò)展包。

composer require signe/redlock-php
文檔：https://packagist.org/packages/signe/redlock-php
執(zhí)行之后看使用redis的monitor指令查看，發(fā)現(xiàn)用了Lua，說(shuō)明這個(gè)包，兼顧了原子性的操作。
我這個(gè)是示例，記得無(wú)論最后執(zhí)行成功還是失敗，都記得及時(shí)釋放鎖資源。

非自旋寫法
$server = new \Redis;
$server->connect('127.0.0.1', 6379);
$servers = [$server,];

$redLock = new \RedLock\RedLock($servers);
$lock = $redLock->lock('my_resource_name', 10000);

if($lock) {
    echo '加鎖成功';
    這里運(yùn)行某些代碼，有個(gè)問(wèn)題，PHP缺少機(jī)制，
    $redLock->unlock($lock);
} else {
    echo '加鎖失敗';
}


自旋寫法
$server = new \Redis;
$server->connect('127.0.0.1', 6379);
$servers = [$server,];

$redLock = new \RedLock\RedLock($servers);
$lock = $redLock->lock('my_resource_name', 10000);

if($lock) {
    echo '加鎖成功';
//    $redLock->unlock($lock);
} else {
    while(true) {
        $lock2 = $redLock->lock('my_resource_name', 10000);
        if($lock2) {
            echo '加鎖成功2';
            //運(yùn)行某些代碼
            $redLock->unlock($lock2);
            return '';
        } 
    }
}

如果需要：拿到鎖后，釋放鎖前，業(yè)務(wù)邏輯代碼塊再對(duì)拿到鎖的分布式鎖續(xù)期。
因?yàn)閞edis的key與val值都不變，只變動(dòng)過(guò)期時(shí)間，所以使用PEXPIRE指令，也可使用PSETEX指令。
又需要防止這個(gè)鎖自動(dòng)過(guò)期，已經(jīng)被其它節(jié)點(diǎn)占用，已經(jīng)改成了其它節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以value值需要驗(yàn)證是不是當(dāng)前鎖的value值。
兩個(gè)操作為了保證原子性，就用到了Lua。

//$redLock = new \RedLock\RedLock($servers);
//$lock = $redLock->lock('my_resource_name', 20000);

$script = '
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
            	return redis.call("PEXPIRE", KEYS[1], KEYS[2])
            else
                return 0
            end
        ';
$server->eval($script, [$lock['resource'], '毫秒過(guò)期時(shí)間', $lock['token']], 2);

PHP使用分布式鎖的局限性問(wèn)題

• 重入性無(wú)法實(shí)現(xiàn)：PHP這門語(yǔ)言有局限性，不適合和redis結(jié)合做分布式鎖，分布式鎖的重入性無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟_本能執(zhí)行完內(nèi)存就被回收了，無(wú)法像C/C++那樣輕松操控進(jìn)程和線程。
• 超時(shí)問(wèn)題沒(méi)有監(jiān)控機(jī)制：沒(méi)有像redisson一樣的watch dog看門狗的機(jī)制，去監(jiān)控業(yè)務(wù)執(zhí)行過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致redis分布式鎖自動(dòng)釋放，被其它鎖占用的問(wèn)題。

PHP使用分布式鎖，有種東施效顰的感覺(jué)。

為什么加鎖時(shí)set指令要加NX

set指令加nx表示，只有在key不存在的情況下才能設(shè)置鍵值對(duì)。
多個(gè)節(jié)點(diǎn)加鎖，獲取分布式鎖資源，實(shí)質(zhì)就是在redis中設(shè)置一條值。因?yàn)榉植际芥i的排它性，同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以拿到該鎖。
若用set，不加nx，就會(huì)產(chǎn)生覆蓋，造成業(yè)務(wù)錯(cuò)亂。

客戶端宕機(jī)導(dǎo)致鎖資源無(wú)法釋放的死鎖問(wèn)題

redis單線程通常不會(huì)發(fā)生死鎖問(wèn)題。
Redis在客戶端掛掉的情況的情況，會(huì)導(dǎo)致分布式鎖鎖資源無(wú)法及時(shí)釋放，這可能會(huì)導(dǎo)致其它節(jié)點(diǎn)無(wú)法加鎖從而阻塞，類似死鎖的效果。
添加過(guò)期時(shí)間做兜底即可。

對(duì)高可用：MySQL可以主從，Redis也可以，從而保證分布式鎖存儲(chǔ)的高可用性。

分布式鎖redis操作的原子性問(wèn)題

就算是redis事務(wù)（multi）也是弱事務(wù)，仍舊會(huì)出現(xiàn)并發(fā)安全問(wèn)題，最好使用Lua+Redis的方式去實(shí)現(xiàn)原子性的分布式鎖，這會(huì)把一些指令集當(dāng)做一個(gè)任務(wù)隊(duì)列去處理，保證原子性。

如何設(shè)置拿到鎖資源后的超時(shí)時(shí)間

對(duì)于Java，redisson有watch dog的自動(dòng)監(jiān)控機(jī)制，但是PHP沒(méi)有。
PHP也很難實(shí)現(xiàn)，原因有2：

• 不知道自動(dòng)續(xù)期的時(shí)機(jī)：業(yè)務(wù)流程沒(méi)走完，分布式鎖臨近過(guò)期才續(xù)期，業(yè)務(wù)流程走完了還續(xù)什么期？這個(gè)時(shí)機(jī)，高并發(fā)場(chǎng)景下難以獲取，凈增加復(fù)雜度。
• PHP語(yǔ)言本身缺少鎖機(jī)制：就算知道了要續(xù)期，加鎖與續(xù)期監(jiān)控，缺少鎖機(jī)制的強(qiáng)關(guān)聯(lián)，加鎖一個(gè)進(jìn)程，監(jiān)控又一個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程間通信是一個(gè)問(wèn)題，PHP進(jìn)程間通信與Redis操作無(wú)法原子執(zhí)行又是一個(gè)問(wèn)題，也就是說(shuō)就算被通知要續(xù)期了，再續(xù)期時(shí)，鎖資源超時(shí)自動(dòng)釋放后，可能都被別的節(jié)點(diǎn)占用了。

PHP能做的只能是設(shè)置更多的超時(shí)時(shí)間，來(lái)防止鎖資源自動(dòng)釋放被其它節(jié)點(diǎn)搶走。
缺點(diǎn)也很明顯，一旦這個(gè)節(jié)點(diǎn)掛掉，鎖資源需要很長(zhǎng)時(shí)間才能釋放，這個(gè)時(shí)間段的分布式鎖無(wú)法被任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用。

鎖資源的錯(cuò)誤釋放問(wèn)題

時(shí)序圖：

為了避免這個(gè)問(wèn)題，val值可設(shè)置為節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)。
所以redis在get值的時(shí)候，需要判斷，val值是不是當(dāng)前的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)。
為了保證原子性，查詢和刪除兩個(gè)操作需要用Lua腳本。

其次要注意，不管節(jié)點(diǎn)程序執(zhí)行成功或者失敗，只要該走的流程走完了，都需要及時(shí)釋放鎖。

分布式鎖的可重入問(wèn)題

PHP解決不了。
假設(shè)同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，遞歸或循環(huán)添加分布式鎖，是否讓同一節(jié)點(diǎn)重復(fù)加同一把鎖，大部分場(chǎng)景不需要，但是也得看業(yè)務(wù)場(chǎng)景。
這種機(jī)制是為了避免第一層循環(huán)添加成功，之后失敗的問(wèn)題。

對(duì)于非PHP而言，重入問(wèn)題，還需要再維持一個(gè)redis hash，key為鎖名，field為節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)，value為重入次數(shù)，重入1次次數(shù)加1。因?yàn)橹厝胂喈?dāng)于重新獲取鎖，但是不會(huì)新增鎖資源，如果這個(gè)時(shí)間被刪掉，那么重入時(shí)會(huì)加鎖成功，但鎖資源被強(qiáng)制釋放，此時(shí)重入后的業(yè)務(wù)邏輯還不一定執(zhí)行完畢。所以刪除時(shí)需要判斷value值是否為0，如果不為0，說(shuō)明有重入，這兩步操作，也是需要再一個(gè)Lua腳本中。

分布式鎖的自旋機(jī)制

自旋可以理解為內(nèi)部死循環(huán)，內(nèi)部不斷重試，直到滿足條件，直觀感受就是被阻塞。
如果沒(méi)有自旋，10個(gè)節(jié)點(diǎn)，只有1個(gè)能加鎖成功，其余9個(gè)失敗，如果這9個(gè)全部失敗掉，看起來(lái)差點(diǎn)意思。

因此可以選擇被阻塞，期間不斷重試，所謂的自旋方案，其實(shí)很好理解，重試偽代碼如下:

while(加鎖失敗) {
	usleep(10000);
	重新嘗試加鎖代碼
	if(加鎖成功) {
		return '加鎖成功';
	}
}

此處也可以添加一個(gè)次數(shù)限制，防止永久死循環(huán)的兜底策略
$retry_count = 0;
while(true) {
    $retry_count ++;
    if('加鎖成功') {
        return '加鎖成功';
    }

    if($retry_count > 20) {
        echo 1;
        return '重試次數(shù)過(guò)多';
    }
    
    usleep(30000);
}

也可以根據(jù)時(shí)間去做限制，防止永久死循環(huán)的兜底策略
$start_time = microtime(true);
while('加鎖失敗') {
	if(false) {
		return '加鎖成功';
	}

	if($start_time + 5 <= microtime(true)) {
		return '超時(shí)';	
	}

	usleep(30000);
}

Redis主從架構(gòu)對(duì)分布式鎖的高可用問(wèn)題。

節(jié)點(diǎn)1再master上獲取到了分布式鎖，叫l(wèi)ock1，此時(shí)master還沒(méi)有同步到slave，結(jié)果master掛掉了。
此時(shí)故障轉(zhuǎn)移，slave做頂梁柱，節(jié)點(diǎn)2也獲取到了slave的分布式鎖，也叫l(wèi)ock1。
這種情況違背了分布式鎖的排它性。概率很小，但是有可能發(fā)生。
setnx無(wú)法解決分布式場(chǎng)景下的鎖排它性問(wèn)題。
這個(gè)是運(yùn)維層面要考慮的東西。

手動(dòng)實(shí)現(xiàn)分布式鎖容易被忽略的問(wèn)題

分布式鎖這種工程化的東西，每個(gè)零件都有用，雖然RedLock底層用redis set指令實(shí)現(xiàn)。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-842659.html

• 若忘記加超時(shí)時(shí)間：上鎖的節(jié)點(diǎn)掛掉沒(méi)有釋放鎖資源，其它節(jié)點(diǎn)會(huì)一直拿不到鎖，嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)。
• 若忘記加value值判斷去釋放鎖：A節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯超時(shí)，自動(dòng)釋放鎖資源被B節(jié)點(diǎn)搶去，等A節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完業(yè)務(wù)代碼后釋放鎖，會(huì)把B節(jié)點(diǎn)的鎖刪除。
• 若忘記用Lua腳本：這導(dǎo)致redis在執(zhí)行任務(wù)期間，同一客戶端的多個(gè)腳本不會(huì)在一個(gè)Redis內(nèi)置的任務(wù)隊(duì)列處理，保證不了原子性，超賣的并發(fā)安全問(wèn)題就是這樣產(chǎn)生的。
• 覆蓋問(wèn)題：redis分布式鎖設(shè)置值時(shí)，用的setnx思想（有值則不設(shè)置，避免覆蓋），若用set，整不好把原先的覆蓋掉了。
• 對(duì)于像Java（PHP不行）語(yǔ)言：手動(dòng)實(shí)現(xiàn)可能缺少key的監(jiān)控過(guò)期，以及重入性問(wèn)題。

到了這里，關(guān)于深入理解PHP+Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖的相關(guān)問(wèn)題的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！