Redisson的看门狗策略——保障Redis数据安全与稳定的机制

前言

自定义redis分布式锁无法自动续期，比如，一个锁设置了1分钟超时释放，如果拿到这个锁的线程在一分钟内没有执行完毕，那么这个锁就会被其他线程拿到，可能会导致严重的线上问题，在秒杀场景下，很容易因为这个缺陷导致的超卖了。

在分布式系统中，Redis作为一种高性能、低延迟的内存数据存储系统，被广泛应用于各种场景。然而，在复杂的环境中，Redis数据可能会面临过期失效或死锁等问题，这对应用程序的稳定性和安全性构成了威胁。为了解决这些问题，Redisson库提供了看门狗（Watch Dog）策略。在分布式锁失效好会自动续期 ，在reddison在为定义 leaseTime情况下，开启的时候默认会开启看门狗机制，默认是30s

什么是看门狗策略

看门狗策略是一种自动检测并处理过期键的机制。它基于Redis的“WATCH”命令实现，通过在Redisson库中创建一个监视器（Watch Dog）来监控Redis服务器上的指定键。

当应用程序使用Redisson库监视一个键时，Watch Dog会向Redis服务器发送一个“WATCH”命令，并在服务器上对该键进行监视。如果另一个客户端尝试修改被监视的键，Redis服务器将返回一个错误。这个错误会被Watch Dog捕获并处理。Watch Dog会在Redisson库内部触发一个事件，并将事件传递给应用程序，以便应用程序可以采取相应的操作。

看门狗机制是Redission提供的一种自动延期机制，这个机制使得Redission提供的分布式锁是可以自动续期的。

private long lockWatchdogTimeout = 30 * 1000;

看门狗机制提供的默认超时时间是30*1000毫秒，也就是30秒。如果一个线程获取锁后，运行程序到释放锁所花费的时间大于锁自动释放时间（也就是看门狗机制提供的超时时间30s），那么Redission会自动给redis中的目标锁延长超时时间。在Redission中想要启动看门狗机制，那么我们就不用获取锁的时候自己定义leaseTime(锁自动释放时间)。如果自己定义了锁自动释放时间的话，无论是通过lock还是tryLock方法，都无法启用看门狗机制。但是，如果传入的leaseTime为-1，也是会开启看门狗机制的。

分布式锁是不能设置永不过期的，这是为了避免在分布式的情况下，一个节点获取锁之后宕机从而出现死锁的情况，所以需要个分布式锁设置一个过期时间。但是这样会导致一个线程拿到锁后，在锁的过期时间到达的时候程序还没运行完，导致锁超时释放了，那么其他线程就能获取锁进来，从而出现问题。所以，看门狗机制的自动续期，就很好地解决了这一个问题。

源码解读

进入tryLock方法，这里的tryLock(waitTime, -1, unit)有三个参数

• waitTime：获取锁的最大等待时间（没有传默认为-1）
• leaseTime：锁自动释放的时间（没有传的话默认-1）
• unit：时间的单位（等待时间和锁自动释放的时间单位）

public boolean tryLock(long waitTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {return tryLock(waitTime, -1, unit);
}

    @Overridepublic boolean tryLock(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit) throws InterruptedException {long time = unit.toMillis(waitTime);long current = System.currentTimeMillis();long threadId = Thread.currentThread().getId();Long ttl = tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);// lock acquiredif (ttl == null) {return true;}time -= System.currentTimeMillis() - current;if (time <= 0) {acquireFailed(waitTime, unit, threadId);return false;}current = System.currentTimeMillis();RFuture<RedissonLockEntry> subscribeFuture = subscribe(threadId);if (!subscribeFuture.await(time, TimeUnit.MILLISECONDS)) {if (!subscribeFuture.cancel(false)) {subscribeFuture.onComplete((res, e) -> {if (e == null) {unsubscribe(subscribeFuture, threadId);}});}acquireFailed(waitTime, unit, threadId);return false;}try {time -= System.currentTimeMillis() - current;if (time <= 0) {acquireFailed(waitTime, unit, threadId);return false;}while (true) {long currentTime = System.currentTimeMillis();ttl = tryAcquire(waitTime, leaseTime, unit, threadId);// lock acquiredif (ttl == null) {return true;}time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;if (time <= 0) {acquireFailed(waitTime, unit, threadId);return false;}// waiting for messagecurrentTime = System.currentTimeMillis();if (ttl >= 0 && ttl < time) {subscribeFuture.getNow().getLatch().tryAcquire(ttl, TimeUnit.MILLISECONDS);} else {subscribeFuture.getNow().getLatch().tryAcquire(time, TimeUnit.MILLISECONDS);}time -= System.currentTimeMillis() - currentTime;if (time <= 0) {acquireFailed(waitTime, unit, threadId);return false;}}} finally {unsubscribe(subscribeFuture, threadId);}
//        return get(tryLockAsync(waitTime, leaseTime, unit));}

看门狗策略的优点：

1.实时监控：
看门狗能够实时监控Redis服务器上的键，确保数据的实时性和准确性。
2.防止过期失效：
通过定期检测并处理过期键，看门狗策略可防止因键过期而导致的数据失效问题。
3.防止死锁：
在分布式高并发的条件下，如果一个线程获得了锁，但还没有来得及释放锁，就因为系统故障或其它原因使它无法执行释放锁的命令，这会导致其它线程都无法获得锁，从而造成死锁。通过使用看门狗策略，应用程序可以确保所有实例都能及时地响应数据变化，并避免这种情况的发生。
4.可扩展性：
看门狗策略支持横向扩展，能够随着系统的规模增长而保持高性能和稳定性。

watch dog缺点

redisson看门狗虽然能保证在线程没有执行完毕时，锁不会释放，对于秒杀这种强一致性的场景是适用的，但是对于防重这种场景是不适用的，在高并发情况下，会导致接口性能下降。

高并发防重时，如果加锁失败就快速失败，这时候可以使用自定义锁，或者tryLock，如下

RLock lock = redissonClient.getLock("Export:create:" + Context.get().getCorpId());
try {//尝试加锁，最多等待0秒，上锁以后5秒自动解锁if (lock.tryLock(0, 5, TimeUnit.SECONDS)) {//业务处理} else {Assert.isTrue(false, "排队中,请稍后重试!");}
} catch (InterruptedException e) {Assert.isTrue(false, "请勿重复操作!");
} finally {if (lock.isLocked()) {lock.unlock();}
}

Redisson 加解锁API

public void test() throws Exception{RLock lock = redissonClient.getLock("guodong");    // 拿锁失败时会不停的重试// 具有Watch Dog 自动延期机制 默认续30s 每隔30/3=10 秒续到30slock.lock();// 具有Watch Dog 自动延期机制 默认续30s// 尝试拿锁10s后停止重试,返回false 具有Watch Dog 自动延期机制 默认续30sboolean res1 = lock.tryLock(10, TimeUnit.SECONDS); // 没有Watch Dog // 尝试获取锁10秒，如果获取不到则放弃lock.lock(10, TimeUnit.SECONDS);// 没有Watch Dog // 尝试获取锁，等待100秒，持有锁10秒钟boolean res2 = lock.tryLock(100, 10, TimeUnit.SECONDS);Thread.sleep(40000L);lock.unlock();}

lock() 方法是阻塞获取锁的方式，如果当前锁被其他线程持有，则当前线程会一直阻塞等待获取锁，直到获取到锁或者发生超时或中断等情况才会结束等待。该方法获取到锁之后可以保证线程对共享资源的访问是互斥的，适用于需要确保共享资源只能被一个线程访问的场景。Redisson 的 lock() 方法支持可重入锁和公平锁等特性，可以更好地满足多线程并发访问的需求。

而 tryLock() 方法是一种非阻塞获取锁的方式，在尝试获取锁时不会阻塞当前线程，而是立即返回获取锁的结果，如果获取成功则返回 true，否则返回 false。Redisson 的 tryLock() 方法支持加锁时间限制、等待时间限制以及可重入等特性，可以更好地控制获取锁的过程和等待时间，避免程序出现长时间无法响应等问题。

默认情况下，看门狗的续期时间是30s，也可以通过修改Config.lockWatchdogTimeout来另行指定。另外Redisson 还提供了可以指定leaseTime参数的加锁方法来指定加锁的时间。超过这个时间后锁便自动解开了，不会延长锁的有效期。

总结

在使用Redis实现分布式锁的时候，会存在很多问题。

比如说业务逻辑处理时间＞自己设置的锁自动释放时间的话，Redis就会按超时情况把锁释放掉，而其他线程就会趁虚而入抢夺锁从而出现问题，因此需要有一个续期的操作。并且，如果释放锁的操作在finally完成，需要判断一下当前锁是否是属于自己的锁，防止释放掉其他线程的锁，这样释放锁的操作就不是原子性了，而这个问题很好解决，使用lua脚本即可。

Redisson的出现，其中的看门狗机制很好解决续期的问题，它的主要步骤如下：

1. 在获取锁的时候，不能指定leaseTime或者只能将leaseTime设置为-1，这样才能开启看门狗机制。
2. 在tryLockInnerAsync方法里尝试获取锁，如果获取锁成功调用scheduleExpirationRenewal执行看门狗机制
3. 在scheduleExpirationRenewal中比较重要的方法就是renewExpiration，当线程第一次获取到锁（也就是不是重入的情况），那么就会调用renewExpiration方法开启看门狗机制。
4. 在renewExpiration会为当前锁添加一个延迟任务task，这个延迟任务会在10s后执行，执行的任务就是将锁的有效期刷新为30s（这是看门狗机制的默认锁释放时间）
5. 并且在任务最后还会继续递归调用renewExpiration。

也就是总的流程就是，首先获取到锁（这个锁30s后自动释放），然后对锁设置一个延迟任务（10s后执行），延迟任务给锁的释放时间刷新为30s，并且还为锁再设置一个相同的延迟任务（10s后执行），这样就达到了如果一直不释放锁（程序没有执行完）的话，看门狗机制会每10s将锁的自动释放时间刷新为30s。

而当程序出现异常，那么看门狗机制就不会继续递归调用renewExpiration，这样锁会在30s后自动释放。或者，在程序主动释放锁后，流程如下：

1. 将锁对应的线程ID移除
2. 接着从锁中获取出延迟任务，将延迟任务取消
3. 在将这把锁从EXPIRATION_RENEWAL_MAP中移除。