使用Redis进行Key加锁的安全可靠性（redis给key加锁）
使用Redis进行Key加锁的安全可靠性
Redis作为一种高性能、非常灵活的NoSQL数据库，常常被用作分布式系统的数据缓存。在分布式系统中，经常需要实现一些基本的并发控制，如读、写、操作等。而在这些场景下，Redis的“Lock”（锁）功能可以发挥其独特的优势，使其成为分布式系统中的一种有力工具。然而，针对Redis Lock实现的安全性和可靠性，是开发人员需要特别关注和注意的问题。
Redis的Lock机制
Redis支持两种主要的Lock机制：单机Lock和分布式Lock。
1. 单机Lock
单机Lock是指将Lock作为Redis的一种数据类型，例如，在Redis的String类型中，可以通过SETNX命令（SET if Not eXists）实现Lock机制。
SETNX key value # 如果key不存在，则设置它的值为value，返回1为成功，0为失败。
当且仅当key不存在时，才执行SETNX操作，因此可以通过SETNX来实现Lock的基本功能。例如，使用以下代码实现单锁：
“`python
import redis
client = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379)
lock_key = ‘redis-lock’
if client.setnx(lock_key, 1):
# 设置锁成功
# TODO: 此处添加业务逻辑代码
client.delete(lock_key) # 释放锁
else:
# 锁已经被其他客户端占用
pass
这段代码先从Redis获取一个客户端，然后利用SETNX命令实现锁机制。如果SETNX返回1（锁成功），则执行业务代码，最后删掉锁；如果SETNX返回0（锁失败），则说明锁被其他客户端占用。
但是，这种Lock机制存在一个问题：由于Redis的单机模式下，有可能出现硬件故障或网络抖动等问题，从而导致Redis内存中的数据丢失或不一致的情况。如果在此期间一个客户端拿到了Lock，但由于Redis服务器出现问题而没有成功删除锁，那么会导致其他客户端无法使用该Lock而陷入死锁。解决这个问题的方法是设置锁的过期时间：
```pythonif client.setnx(lock_key, 1):
client.expire(lock_key, 10) # 设置锁的过期时间，10秒 # TODO: 此处添加业务逻辑代码
client.delete(lock_key) # 释放锁else:
# 锁已经被其他客户端占用 pass
这里通过expire命令设置锁的过期时间为10秒，从而避免单点故障的情况。当锁的持有时间超过10秒时，Redis会自动删除该锁。
2. 分布式Lock
分布式Lock是指通过Redis的分布式功能，实现Lock机制的共享功能。在分布式情况下，单机Lock的机制显然不再适用。Redis提供了一种简单而可靠的分布式Lock机制——RedLock算法。该算法的基本假设是：为了成功获取Lock，需要满足以下条件：
1. 在大部分Redis节点上（N/2+1）获取到锁；
2. 获取锁的时间不超过一个固定的超时时间。
RedLock算法的基本实现流程如下：
1. 获得当前时间戳timestamp；
2. 尝试在多个Redis实例上获取锁(SETNX);
2.1 如果在大部分实例上设置成功，且在超时时间内达到大多数获取成功，则认为获取锁成功，并返回当前时间戳timestamp；
2.2 否则，立即在所有Redis实例上执行删除锁操作；
3. 判断是否超时，如果没有超时，则释放锁。否则，当前获取锁失败。
具体实现可以参考以下Python代码：
“`python
import redis
class RedLock:
# 构造函数，usr: Redis服务器连接的配置列表，例如:[{“host”: “127.0.0.1”, “port”: 6379, “db”: 0}]
def __init__(self, usr):
self.getRedInst(usr)
# 获取Redis服务器连接池
def getRedInst(self, cfg):
self.redis_inst = []
for c in cfg:
self.redis_inst.append(redis.Redis(host=c[‘host’], port=c[‘port’], db=c[‘db’]))
# 获取锁
def lock(self, key, ttl):
q = len(self.redis_inst)
retry = 3
while retry > 0:
start = int(round(time.time() * 1000)) # ms
n = 0
for red in self.redis_inst:
if red.set(key, 1, nx=True, px=ttl):
n += 1
elapsed = int(round(time.time() * 1000)) – start # ms
drift = int(ttl * 0.01) + 2
valid = elapsed
if n >= (q / 2 + 1) and valid:
return True
else:
for red in self.redis_inst:
red.delete(key)
cnt += 1
time.sleep(0.1) # sleep for a while
return False
# 释放锁
def unlock(self, key):
for red in self.redis_inst:
red.delete(key)
这个RedLock类实现了分布式的Lock机制。它先从一个Redis服务器连接列表中获取Redis实例，然后运用RedLock算法来获取和释放分布式锁。Lock和Unlock方法分别封装了获取和释放分布式锁的实现代码，其中使用了redis实例中set方法的nx、px参数的含义，分别为：nx=True，表示set操作在key不存在时才执行；px=ttl，表示设置key的过期时间为指定值。
Lock和Unlock方法的实现，十分简单明了，适合于快速集成或扩展，开发者可以直接调用这两个方法来实现分布式锁。
总结
通过以上的例子，可以看出，在单机和分布式Lock实现的过程中，都需要开发者思考这两种Lock机制背后的安全性和可靠性问题。在实现Lock的过程中，常常遭遇多个问题，如死锁、污染问题、宕机问题等，因此，需要根据具体场景，选择最适合的Lock机制，并结合实际业务场景，增强分布式锁的安全可靠性。
