Redisson分布式锁：看门狗机制与续期原理

前言

在微服务架构和分布式系统中，分布式锁是保证数据一致性的重要手段。Redis作为高性能的内存数据库，天然适合实现分布式锁。而Redisson作为Redis的Java客户端，不仅提供了完善的分布式锁实现，还引入了看门狗（WatchDog）机制来解决锁续期问题。

一、分布式锁的基本概念

1.1 什么是分布式锁

分布式锁是在分布式环境下，多个进程或线程对共享资源进行互斥访问的一种机制。它需要满足以下特性：

• 互斥性：同一时刻只能有一个进程持有锁
• 可重入性：同一线程可以多次获取同一把锁
• 阻塞与非阻塞：获取不到锁时的处理策略
• 容错性：具备自动释放锁的能力

1.2 为什么选择Redisson

相比于直接使用Redis命令实现分布式锁，Redisson提供了以下优势：

• 自动续期：通过看门狗机制避免业务执行时间过长导致的锁自动释放
• 可重入实现：支持同一线程多次获取同一把锁
• 阻塞等待：提供tryLock等方法支持超时等待
• Lua脚本：保证原子性操作

二、Redisson分布式锁的使用

2.1 基本使用示例

@Service
public class DistributedLockService {@Autowiredprivate RedissonClient redissonClient;public void processWithLock(String lockKey) {RLock lock = redissonClient.getLock(lockKey);try {// 尝试获取锁，等待时间10秒，锁自动释放时间30秒boolean isLocked = lock.tryLock(10, 30, TimeUnit.SECONDS);if (isLocked) {System.out.println("获取锁成功，开始处理业务逻辑");// 执行业务逻辑doBusinessLogic();System.out.println("业务逻辑处理完成");} else {System.out.println("获取锁失败");}} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();System.err.println("获取锁被中断");} finally {// 释放锁if (lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();System.out.println("锁已释放");}}}private void doBusinessLogic() {try {// 模拟业务处理时间Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}
}

2.2 可重入锁示例

public class ReentrantLockDemo {private final RedissonClient redissonClient;private final RLock lock;public ReentrantLockDemo(RedissonClient redissonClient) {this.redissonClient = redissonClient;this.lock = redissonClient.getLock("reentrant:lock");}public void method1() {lock.lock();try {System.out.println("执行方法1");method2(); // 可重入调用} finally {lock.unlock();}}public void method2() {lock.lock(); // 同一线程再次获取锁try {System.out.println("执行方法2");method3();} finally {lock.unlock();}}public void method3() {lock.lock(); // 同一线程第三次获取锁try {System.out.println("执行方法3");} finally {lock.unlock();}}
}

2.3 看门狗机制的自动续期

public class WatchDogDemo {private final RedissonClient redissonClient;public WatchDogDemo(RedissonClient redissonClient) {this.redissonClient = redissonClient;}public void longRunningTask() {RLock lock = redissonClient.getLock("watchdog:lock");try {// 不指定锁的过期时间，启用看门狗机制lock.lock();System.out.println("开始执行长时间任务");// 模拟长时间运行的任务（超过默认锁过期时间30秒）for (int i = 0; i < 10; i++) {Thread.sleep(10000); // 每次休眠10秒System.out.println("任务进行中... " + (i + 1) * 10 + "秒");}System.out.println("长时间任务执行完成");} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();} finally {if (lock.isHeldByCurrentThread()) {lock.unlock();}}}
}

三、底层原理深度分析

3.1 加锁原理

Redisson使用Lua脚本来保证加锁操作的原子性，核心脚本如下：

-- 加锁脚本
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) thenredis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1);redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);return nil;
end;
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) thenredis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);return nil;
end;
return redis.call('pttl', KEYS[1]);

这个脚本的执行逻辑：

1. KEYS[1]：锁的名称
2. ARGV[1]：锁的过期时间（毫秒）
3. ARGV[2]：线程标识（UUID + 线程ID）

执行流程：

• 如果锁不存在，创建锁并设置过期时间
• 如果锁存在且是当前线程持有，重入计数加1
• 否则返回锁的剩余存活时间

3.2 解锁原理

解锁同样使用Lua脚本保证原子性：

-- 解锁脚本
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) thenreturn 1;
end;
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) thenreturn nil;
end;
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1);
if (counter > 0) thenredis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]);return 0;
elseredis.call('del', KEYS[1]);redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[1]);return 1;
end;

解锁逻辑：

• 锁不存在直接返回
• 当前线程不持有锁返回null
• 重入计数减1，如果大于0重新设置过期时间
• 如果计数为0，删除锁并发布解锁消息

3.3 看门狗（WatchDog）机制

看门狗机制是Redisson的核心特性，解决了业务执行时间不确定导致的锁提前释放问题。

3.3.1 看门狗的工作原理

实现原理概览
看门狗机制本质上是一个 后台定时任务，它：

1. 在成功获取锁后自动启动
2. 每隔一段时间检查当前线程是否仍然持有锁
3. 如果是，则向 Redis 发送命令延长锁的过期时间（TTL）
4. 直到锁被显式释放（unlock()）或客户端断开

3.3.2 续期脚本

-- 续期脚本
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) thenredis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);return 1;
end;
return 0;

看门狗机制的关键点：

1. 续期时机：每隔 lockLeaseTime/3 时间执行一次续期
2. 续期条件：只有当前线程持有锁时才能续期成功
3. 自动停止：锁释放时自动停止看门狗任务
4. 默认时间：默认锁存活时间为30秒，续期间隔为10秒

3.4 可重入实现原理

Redisson使用Hash数据结构实现可重入：

锁的数据结构：
KEY: lock:mylock
VALUE: {"8743c9c0-0795-4907-87fd-6c719a6b4586:1": 3
}

• KEY：锁的名称
• Hash Field：客户端ID + 线程ID
• Hash Value：重入次数

这种设计的优势：

• 通过Hash结构存储线程标识和重入次数
• 原子性操作保证数据一致性
• 支持多线程并发访问不同的锁

四、总结

Redisson分布式锁通过以下几个关键机制实现了高可用、高性能的分布式锁方案：

1. Lua脚本保证原子性：加锁、解锁、续期操作都通过Lua脚本实现原子性
2. 看门狗机制解决续期问题：自动续期避免业务执行时间过长导致的锁丢失
3. Hash结构实现可重入：使用Redis Hash存储线程信息和重入次数
4. 发布订阅优化性能：通过Redis的pub/sub机制减少客户端轮询