使用Redis的 SETNX 命令可以實現分散式鎖，本文介紹其實現方法。

直接進入正題，現在分散式的應用場景很多，為了保持資料的一致性，經常碰到需要對資源加鎖的情形。 利用redis來實現分散式鎖就是其中的一種實現方案。

SETNX命令簡介

命令格式

SETNX key value

將 key 的值設為 value ，當且僅當 key 不存在。

若給定的 key 已經存在，則 SETNX 不做任何動作。

SETNX 是『SET if Not eXists』(如果不存在，則 SET)的簡寫。

返回值

設定成功，返回 1 。
設定失敗，返回 0 。

示例

redis> EXISTS job                # job 不存在
(integer) 0

redis> SETNX job "programmer"    # job 設定成功
(integer) 1

redis> SETNX job "code-farmer"   # 嘗試覆蓋 job ，失敗
(integer) 0

redis> GET job                   # 沒有被覆蓋
"programmer"

SETNX分散式鎖實現方案

利用SETNX的特性，很容易的想到，在需要加鎖的時候，呼叫SETNX命令，如果返回了1，表示設定成功，獲得了當前鎖，之後做一些想要的操作，完成之後呼叫DEL命令釋放鎖。

redis> SETNX lock true    # 獲得鎖成功
(integer) 1
... do thing ...
redis> DEL lock    # 釋放鎖
(integer) 1

但是這樣存在一個問題，如果在執行DEL命令之前，當前程式發生錯誤，那麼這個鎖就永遠得不到釋放，其他程式也永遠無法加鎖成功。

於是我們可以在加鎖之後為這個鎖設定一個過期時間，過期時間之後，如果沒有釋放，就自動刪除，防止鎖被一直佔用。

redis> SETNX lock true    # 獲得鎖成功
(integer) 1
redis> EXPIRE lock 5    # 設定5秒的過期時間
(integer) 1
... do thing ...
redis> DEL lock    # 釋放鎖
(integer) 1

 

但是這樣還是有問題，如果在SETNX和EXPIRE之間程式又發生了錯誤，當前鎖又無法釋放。所以根本原因還是需要一個原子的操作，在獲得鎖的同時能夠同時設定鎖的過期時間。

為了解決這個問題，Redis 2.8 版本中作者加入了 set 指令的擴充套件引數，使得 setnx 和 expire 指令可以一起執行， 這個可以在下一篇介紹。 本文介紹另一種方式。

SETNX設定鎖

在設定鎖的時候，我們可以利用鎖的值來實現過期的特性

SETNX lock  <current Unix time + lock timeout>

我們不是設定一個簡單的值到lock中，而是將過期的時間寫入到lock中。 獲得鎖的判斷條件仍舊是跟之前一樣， 如果返回了1的話，表示獲得了鎖，可以進行下一步的操作。

判斷過期條件

正常情況下，操作完成之後，仍舊執行DEL操作將當前鎖釋放。那麼如果當前程式發生了錯誤退出了，當前鎖沒有正常釋放，其他的程序如何獲得鎖呢。

假設上一個程序加鎖之後異常退出，沒有釋放鎖。當前的程序想要加鎖，在呼叫SETNX的時候發現加鎖失敗，然後需要呼叫GET命令獲得當前鎖的值，即上一個程序寫入的過期時間。 如果獲得的過期時間未到，那麼當前程序繼續等待； 如果鎖的過期時間已經到了，很大的概率上一個獲得鎖的程序已經發生了錯誤，因為我們這個過期時間一般會設定的比正常的執行時間要長。在這種情況下， 當前程序可以重新寫入這個鎖並進行後續的操作。

解決競爭條件

但是這樣又帶來一個新的問題： 假設有P1和P2兩個程序同時想獲得鎖，他們都檢測到了當前的鎖已經過期了， 他們可以寫入，他們呼叫SET命令寫入都會成功，那麼如果決定到底是哪個程序獲得了鎖呢。

所以在這邊重新寫入的時候不能簡單的呼叫SET命令， 還有另一個命令可以考慮： GETSET。GETSET命令在設定值的同時，會將設定之前的值返回。

仍舊考慮剛才的情形， P1和P2同時在競爭鎖，發現鎖的時間T已經過期了，然後他們同時呼叫GETSET命令設定新的鎖。假設P1先設定成功時間T1，那麼呼叫GETSET得到的值就是T； P2呼叫GETSET雖然將鎖的時間設定成了T2，但是他得到的值是T1。

通過判斷GETSET返回的值，就能判斷自己是否獲得了鎖。如果返回的值仍然是一個過期的時間，那麼說明正確的加鎖了；否則的話，說明正好有別的程序已經設定了鎖，當前程序只是更新了一下鎖而已，就繼續等待。

可能會說這邊有一個小問題，P1設定的鎖的過期時間被P2更改了。考慮到產生這種競態條件的時候肯定時間間隔是非常小的， 即使重新設定了過期時間，這種很短的時間修改在大多數情況下都可以忽略不計。

虛擬碼

所以，我們能夠得到最終的一個過程，用偽程式碼表示

while 1:
	lock = redis.SETNX(key, time.now() + timeout)
	if lock == 1:
		// 獲得鎖
		break
	lock_ts = redis.GET(key)
	if (lock_ts < time.now()) && (redis.GETSET(key, time.now() + timeout) < time.now()):
		// 鎖已經過期，用GETSET重新寫鎖
		// 返回的原來的時間仍舊過期，說明加鎖成功
		break
	else:
		sleep
		
.... do something ...

// 完成之後釋放鎖
redis.DEL(key)