redission 读写锁 redis锁读写原子性

Spring boot 集成redis、redislock

一、redis

1. redis介绍

• 定义：redis是用C语言开发的开源高性能基于内存运行的键值对NoSql数据库；
• 特点：

• 在6之前是单线程，之后便是多线程
• 高效性：因为基于内存，读取速度是110000次/s，写的速度是81000次/s；
• 原子性：redis所有操作都是原子性。支持对几个操作合并后的原子性操作
• 数据类型丰富
• 稳定性：持久化、主从复制（集群）
• ttl（过期时间），事务，消息订阅；

• 支持的数据类型：

• string：

• redis最基本的类型，一个key对应一个value；
• value可以是任何数据，如：图片、序列化对象
• value最大512M

• list：

• 一个key有多个value
• 按照插入顺序排序，可以添加元素到列表的头部或尾部
• 底层是双向链表，通过索引下标的操作中间的节点性能会较差

• set

• 相比list，set可以自动去重，set提供了判断某个成员是否在一个set集合内的重要接口
• set是String的无序集合，底层其实是一个value为null的hash表。添加、删除、查找的复杂度都是O（1）

• hash：

• 键值对集合
• 是string类型的field和value的映射表，hash特别适合用于存储对象

• zset（sorted set）：

• 不重复
• 每个成员都关联了一个评分（score），这个评分被用来按照最低分到最高分的方式排序集合中的成员。集合成员唯一、评分不重复；
• 可以根据评分或次序来获取一个范围的元素；

• 应用场景：

• 热点数据缓存，降低数据库io；
• 分布式架构，session共享
• 最新数据：通过list实现按自然时间排序的数据
• 排行榜：利用zset（有序集合）
• 时效性数据：如手机验证码，Expire过期
• 计数器，秒杀：原子性、自增方法incr、decr
• 去除大量数据中的重复数据：利用set集合
• 构建队列：list集合
• 发布订阅消息系统：pub/sub

• 不适用：

• 需要事务支持
• 基于sql的结构化查询存储，处理复杂的关系，需要用户自定义条件的查询

2. redis常用命令

• string

• get key：获取key的值
• set key v：设置key的值
• del key：删除key（应用于所有类型）
• incr key：将储存的值加上1
• decr key：将储存的值减去1
• incrby key amout：加上整数amount
• decrby key amout：减去整数
• amountincrbybyfloat key amout：加上浮点数amount字符串二进制
• append key v：将值追加到key当前储存值的末尾
• getrange key start end：获取下标start到end的字符串
• setrange key offset v：将字符串看做二进制位串，并将位串中偏移量为offset的二进制位的值
• getbit key offset：将字符串看做是二进制位串值为1的二进制位的数量，如果给定了可选的start偏移量和end偏移量，那么只对偏移量指定范围的二进制位进行统计；
• bitop operation dest-key key-name [key-name …]：对一个或多个二进制位串进行 并and，或 or，异或XOR，非NOT 在内的任意一种安位运算符操作（bitwise operation），并将计算的结果放到dest -key里面

• list

• rpush key [v…]：将一个或多个加入列表右端
• lpush key [v…]：将一个或多个加入列表左端
• rpop key：移除并返回最右端的元素
• lpop key：移除并返回列表最左端的元素
• lindex key size：返回下标（偏移量）为size的元素
• lrange key start end：返回从start 到end的元素 包含start和end
• ltrim key start end：只保留从start 到end的元素 包含start和end

• hash

• hmget hkey key：获取多个值
• hmset hkey key v：为多个key设置值
• hdel hkey key：删除多个值并返回
• hlen hkey 返回总数量
• hexists hkey key：检查key是否存在在散列中
• hkeys hkey：获取散列中所有key
• hvals hkey：获取三列中所有值
• hgetall hkey：获取散列
• hincrby hkey key increment：为key的值上加上整数increment
• hincrbyfloat hkey key increment：为key的值上加上浮点数increment

• set

• sadd key item：添加多个，返回新添加的个数（已存在的不算）
• `srem key item：从集合移除多个元素 ，返回被移除元素的数量
• sismember key item：检查元素item是否在集合中
• scard key：返回集合总数
• smembers key：返回所有元素
• srandmember key cout：随机返回cout个元素 cout为正整数 随机元素不重复 相反可能会出现重复
• spop key：随机的移除一个元素 并返回已删除的元素
• smove key1 key2 item：如果key1中包含item 移除key1中的item 添加到key2中，成功返回1 失败返回`0
• `差运算 sdiffstore newkey key key1：将存在于key集合但是不存在key1…集合的其他元素 放
• `newkey里面（咬掉一口剩下的）
• 交运算 sinter key：返回所有集合的交集（返回我们都有的的）
• 交运算 sinterstore newkey key：返回多个集合的交集生成集合newkey
• 并运算 sunion key：（返回我们不重复的所有元素 ）
• 并运算 sunion newkey key：结果放到new key中

• zset

• zadd key score member：添加多个
• zerm key memer：移除多个
• zcard key：返回所有成员
• zincrby key incremnet member：将member成员的分值加上increment
• zcount key min max：返回分值在 min和max中间的排名
• zrank key member： 返回成员member在集合中的排名
• zscore key member： 返回member的分值
• zrange key start stop：返回 介于两者之间的成员

3. spring boot集成redis

• pom

<!--redis-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>redis.clients</groupId>
            <artifactId>jedis</artifactId>
        </dependency>

• 配置属性

spring: 
# redis配置
  redis:
    host: 192.168.5.128
    port: 6379
    password: 123456
    timeout: 1000
    jedis:
      pool:
        min-idle: 5 # 控制一个连接池里最小空闲jedis实例，默认值8
        max-active: 10 # 最大连接实例数，默认8
        max-idle: 10 # 控制一个连接池里最大空闲jedis实例，默认值8
        max-wait: 2000 # 等待可用连接时间单位为毫秒，默认为-1表示永不超时，一旦超过等待时间则直接抛出

• 编码

• 启动类：无需多余注解
• 测试类：

// 获取一个String类型的key
System.out.println("获取一个String类型的key:" + stringRedisTemplate.opsForValue().get("name"));
// 获取一个key值
System.out.println("获取一个key值:" + redisTemplate.opsForValue().get("name"));
// 判断某个key是否存在
Boolean a = redisTemplate.hasKey("a");
System.out.println("判断某个key是否存在:" + a);
// 删除key
if (a){
    redisTemplate.delete("a");
    System.out.println("删除了key为a");
}
// 指定key的失效时间：key，时间，单位
redisTemplate.expire("name", 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 获取某个key的过期时间
System.out.println("获取某个key的过期时间:" + redisTemplate.getExpire("name"));

3. 异常

• 出现问题的代码环境：

//redis用的jdk默认的序列化，这样存进去会出现乱码
       redisTemplate.opsForValue().set("user","admin");

• 进入容器查看key

127.0.0.1:6379> keys *
1) "name"
2) "a"
3) "\xac\xed\x00\x05t\x00\x04user"
4) "age"

• 原因：

• spring-data-redis的RedisTemplate<K, V>在操作redis时默认使用JdkSerializationRedisSerializer来进行序列化

• 解决：

• 方案一：更改序列化方式（不推荐）

@Autowired(required = false)
    public void setRedisTemplate(RedisTemplate redisTemplate) {
        RedisSerializer stringSerializer = new StringRedisSerializer();
        redisTemplate.setKeySerializer(stringSerializer);
        redisTemplate.setValueSerializer(stringSerializer);
        redisTemplate.setHashKeySerializer(stringSerializer);
        redisTemplate.setHashValueSerializer(stringSerializer);
        this.redisTemplate = redisTemplate;
    }

• 方案二：使用StringRedisTemplate

@Autowired
   private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
stringRedisTemplate.opsForValue().set("user","admin");
System.out.println(stringRedisTemplate.opsForValue().get("name"));

4. StringRedisTemplate和RedisTemplate区别

• RedisTemplate使用的是 JdkSerializationRedisSerializer

• 可以用来存储对象，但是要实现Serializable接口
• 以二进制方式存储，内容没有可读性

• StringRedisTemplate使用的是 StringRedisSerializer序列化String

• 主要用来存储字符串，StringRedisSerializer的泛型指定的是String，当存入对象的时候回报错：can not cast into String
• 可见性强，更易维护

二、redis lock

1. 分布式锁

• 定义：应用于分布式环境下多个节点之间进行同步或者协作的锁；
• 特性：

• 互斥：保证只有持有锁的实例中的线程才能操作
• 可重入：同一个实例的同一个线程可以多次获取锁
• 锁超时：支持超时自动释放锁，避免死锁；
• 谁加的锁只能谁释放；

2. Redis lock实现原理

加锁时存入，释放锁则删除；

两个方法可以实现：

• setnx（set if not exists）：存在则不操作返回0，不存在则set返回1，这是redis的方法；
• setIfAbsent：同setnx一样，set的key不存在则set并返回true，存在不操作，返回0；这是Java的方法；

3. 如何避免死锁

• 在set的时候，再给key设置一个自动过期时间

• 在2.6之前，语法是 setnx key val，不支持超时设置，要与expire配合
• 在2.6之后，进行了增强，支持超时设置

• 但setIfAbsent底层有一个设置过期时间的重载方法；

4. 在项目中配置redis lock

• utils：自己封装一个redis lock utils，有加锁方法，释放锁方法，具体思路如下：

• 加锁方法：

• 使用setIfAbsent方法存入key，如果是第一次set则直接返回；操作成功
• 如果之前已set，说明持有锁者还在使用资源，此时需要续费，自动延长过期时间

• 使用getAndSet方法重新设置该key的值

• 释放锁：

• 删除该key：

• 在删除之前，先判断该key的值是否为空且取出来的value要与传进来的value相等

@Slf4j
@Component
public class RedisLock {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    public boolean lockV3(String key, String value) {
        // 当加锁字段不存在时，返回true，
        if (redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, value)) {
            return true;
        }
        // 如果key存在,则取出来
        String oldValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        // 判断key不为空,并且还没有过期
        if (Objects.nonNull(oldValue) && System.currentTimeMillis() > Long.parseLong(oldValue)) {
            // 获取原来的key并重新赋值
            String valueByGetAndSet = redisTemplate.opsForValue().getAndSet(key, value);
            // 复制成功或者旧值与现在的值相等
            if (Objects.isNull(valueByGetAndSet) || valueByGetAndSet.equals(oldValue)) {
                return true;
            }
        }

        return false;
    }


    public void unLockV2(String key, String value) {
        String oldValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        if (Objects.nonNull(oldValue) && oldValue.equals(value)) {
            try {
                redisTemplate.delete(key);
            } catch (Exception e) {
                log.error("解锁失败：{}", e);
            }
        }
    }
}

5. 分布式锁的实现方式

• MySQL

• 通过数据库事务+行锁实现
• 缺点：

• 需要手动提交事务，如果忘记提交，则会死锁，危险性高；可通过wait设置等待时间
• 事务中如果有其他逻辑操作，会导致锁时间长，影响性能

• 注意：查询要有明确主键，无主键则为表锁，涉及数据库操作统一使用for update加锁

• redis：

• setnx（set if not exists）
• setIfAbsent
• 缺点：

• 如果set成功，还没来得及释放，服务挂了，这个key永远不会被获取到
• set时，还没来得及expire，服务挂了，会造成锁不释放

• zookeeper