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SETNX命令简介

命令格式

SETNX key value

SETNXSET if Not eXists的简写。

如果key值不存在,在设置key的值为value;如果key值存在,则不做任何动作。

返回值

返回整数,具体为:

1,当key的值被设置 0,当key的值没被设置

例子

redis> SETNX mykey "hello"
(integer) 1 
redis> SETNX mykey "hello"
(integer) 0 
redis> GET mykey 
"hello"
redis>

使用SETNX实现分布式锁

多个进程执行以下Redis命令:

SETNX lock.foo <current Unix time + lock timeout + 1>

如果SETNX返回1,说明该进程获得锁,SETNX将键lock.foo的值设置为锁的超时时间(当前时间 + 锁的有效时间)。 如果SETNX返回0,说明其他进程已经获得了锁,进程不能进入临界区。进程可以在一个循环中不断地尝试SETNX操作,以获得锁。

解决死锁

考虑一种情况,如果进程获得锁后,断开了与 Redis 的连接(可能是进程挂掉,或者网络中断),如果没有有效的释放锁的机制,那么其他进程都会处于一直等待的状态,即出现“死锁”。

上面在使用SETNX获得锁时,我们将键 lock.foo 的值设置为锁的有效时间,进程获得锁后,其他进程还会不断的检测锁是否已超时,如果超时,那么等待的进程也将有机会获得锁。

然而,锁超时时,我们不能简单地使用DEL命令删除键lock.foo以释放锁。考虑以下情况,进程P1已经首先获得了锁lock.foo,然后进程P1挂掉了。进程P2,P3正在不断地检测锁是否已释放或者已超时,执行流程如下:

  1. P2和P3进程读取键lock.foo的值,检测锁是否已超时(通过比较当前时间和键lock.foo的值来判断是否超时)
  2. P2和P3进程发现锁lock.foo已超时
  3. P2执行DEL lock.foo命令
  4. P2执行SETNX lock.foo命令,并返回1,即P2获得锁
  5. P3执行DEL lock.foo命令将P2刚刚设置的键lock.foo删除(这步是由于P3刚才已检测到锁已超时)
  6. P3执行SETNX lock.foo命令,并返回1,即P3获得锁
  7. P2和P3同时获得了锁

从上面的情况可以得知,在检测到锁超时后,进程不能直接简单地执行DEL删除键的操作以获得锁。

为了解决上述算法可能出现的多个进程同时获得锁的问题,我们再来看以下的算法。 我们同样假设进程P1已经首先获得了锁lock.foo,然后进程P1挂掉了。接下来的情况:

  1. 进程P4执行SETNX lock.foo以尝试获取锁
  2. 由于进程P1已获得了锁,所以P4执行SETNX lock.foo返回0,即获取锁失败
  3. P4执行GET lock.foo来检测锁是否已超时,如果没超时,则等待一段时间,再次检测
  4. 如果P4检测到锁已超时,即当前的时间大于键lock.foo的值,P4会执行以下操作 GETSET lock.foo <current Unix timestamp + lock timeout + 1>
  5. 由于GETSET操作在设置键的值的同时,还会返回键的旧值,通过比较键lock.foo的旧值是否小于当前时间,可以判断进程是否已获得锁
  6. 假如另一个进程P5也检测到锁已超时,并在P4之前执行了GETSET操作,那么P4的GETSET操作返回的是一个大于当前时间的时间戳,这样P4就不会获得锁而继续等待。注意到,即使P4接下来将键lock.foo的值设置了比P5设置的更大的值也没影响。

另外,值得注意的是,在进程释放锁,即执行DEL lock.foo操作前,需要先判断锁是否已超时。如果锁已超时,那么锁可能已由其他进程获得,这时直接执行DEL lock.foo操作会导致把其他进程已获得的锁释放掉。

程序代码

用以下python代码来实现上述的使用 SETNX 命令作分布式锁的算法。

LOCK_TIMEOUT = 3
lock = 0
lock_timeout = 0
lock_key = 'lock.foo'

# 获取锁
while lock != 1:
    now = int(time.time())
    lock_timeout = now + LOCK_TIMEOUT + 1
    lock = redis_client.setnx(lock_key, lock_timeout)
    if lock == 1 or (now > int(redis_client.get(lock_key))) and now > int(redis_client.getset(lock_key, lock_timeout)):
        break
    else:
        time.sleep(0.001)

# 已获得锁
do_job()

# 释放锁
now = int(time.time())
if now < lock_timeout:
    redis_client.delete(lock_key)

参考资料

  • http://redis.io/commands/setnx
  • http://redis.io/topics/distlock
  • http://redis.io/commands/getset
  • http://redis.readthedocs.org/en/latest/string/setnx.html
  • http://my.oschina.net/u/1995545/blog/366381