借助Redis过期机制实现多线程控制（redis过期 多线程）

借助Redis过期机制实现多线程控制

随着应用程序的复杂性增加，我们需要更加智能的方式来管理多线程和协程。在这样的场景中，Redis提供了一种优雅的方式来解决这种问题——通过 Redis 过期键（Expire Keys）机制来管理多线程控制。

Redis是一个内存数据库，它采用键值对的方式储存数据。对于每个存储在Redis中的键，我们可以为其设置过期时间，并且当Redis检测到该键已经过期时，就会自动将其删除。这种机制可以用来管理线程和协程，在我们需要限制某些操作的并发访问时特别有用。

在下面的示例中，我们将使用一个名为`redis_semaphore`的Python实现来解释如何使用 Redis 过期键来管理多线程控制。这个实现非常简单，它提供了`Semaphore`和`TimeoutSemaphore`类来管理线程和协程的访问。在初始化时，我们需要指定Redis连接信息和存储键的名称。

“`python

import redis

import time

class Semaphore:

def __init__(self, redis_conn, name, limit):

self.redis = redis_conn

self.name = name

self.limit = limit

def acquire(self, blocking=True, timeout=None):

while True:

now = time.monotonic()

expires = now + timeout if timeout is not None else None

v = self._acquire(now, expires, blocking)

if v is not None:

return v

def _acquire(self, now, expires, blocking):

pipe = self.redis.pipeline()

pipe.zremrangebyscore(self.name, ‘-inf’, f”{now – self.limit}”)

pipe.zcard(self.name)

if expires is not None:

pipe.zadd(self.name, now, f”{expires}_{now}”)

else:

pipe.zadd(self.name, now, now)

pipe.zrank(self.name, now)

res = pipe.execute()

count = res[-2]

if count == 0:

return None

pos = res[-1]

if pos >= count:

return None

returned_token = res[-3][pos]

pipe = self.redis.pipeline()

pipe.zrem(self.name, returned_token)

pipe.execute()

# Return the acquired timeout, if requested

if expires is not None:

return returned_token.split(b’_’)[0].decode(‘utf-8’)

return returned_token

def release(self):

pipe = self.redis.pipeline()

pipe.zadd(self.name, time.monotonic(), time.monotonic())

pipe.zremrangebyscore(self.name, ‘-inf’, f”{time.monotonic() – self.limit}”)

pipe.execute()

class TimeoutSemaphore(Semaphore):

def acquire(self, blocking=True, timeout=None):

if timeout is not None:

deadline = time.monotonic() + timeout

while True:

now = time.monotonic()

if timeout is not None:

timeout = deadline – now

if timeout

return None

v = self._acquire(now, now + timeout if timeout is not None else None, blocking)

if v is not None:

return v

`Semaphore`类中的`acquire`方法用来获得信号量。在这个方法内部，我们首先调用了`_acquire`方法，该方法实现了 Redis 键过期机制。如果 `blocking` 参数为 False，那么当信号量不可用时函数会立即返回 None 值。否则，它会阻塞并在信号量可用时返回。

如果`timeout`参数不为 None，则`acquire`方法只会阻塞 `timeout` 秒。在该方法中，我们使用 `monotonic` 函数来获取时间戳，保证了多线程和并发操作的稳定性。

`acquire`方法返回的参数为一个 token 对象，它可以用于`release`方法中。如果你在 `acquire` 方法中不需要获得这个 token ，可以直接使用`Semaphore.acquire(blocking=False)`进行获取。

如果我们需要等待超时，那么代码可以使用`TimeoutSemaphore`类来同样实现。

我们可以使用下面的代码来测试`Semaphore`类的功能：

```python
import redis
redis_conn = redis.Redis('localhost', 6379)

semaphore = Semaphore(redis_conn, 'redis_semaphore', 5)

for i in range(10):
    token = semaphore.acquire()
    if token is None:
        print(f'The semaphore limit has been reached. Wt for a while and retry {i}.')
    else:
        print(f'Thread {i} obtned the semaphore with token {token}.')
        time.sleep(1)
        semaphore.release()

上述代码实例化了一个名为`redis_semaphore`的 Semaphore 对象。在循环中，我们尝试获得信号量。如果成功了，就打印出线程编号以及获得信号量的令牌，并暂停一秒钟，最终释放令牌。如果获取信号量失败，则等待一段时间后再次尝试。

总结

使用 Redis 的过期机制，我们可以更好地管理多线程和协程的并发访问。上述Semaphore实现提供了一个简单的工具，可以用于控制应用程序中的并发访问。在实际应用中，可以根据具体的需求对该类进行进一步的定制。