深入研究php的redlock算法

为了应对服务器高并发，可以采用锁进行控制。

如果redis是单节点部署，基本上不会出现什么问题。但如果redis是多节点的集群部署，那么使用redis集群作为分布式锁就会存在一些问题。本文参（抄）考（袭）了以下文章。
闲聊Redis分布式锁
基于Redis的分布式锁到底安全吗（上）？
基于Redis的分布式锁到底安全吗（下）？

一、单节点redis锁

1.1 首先客户端获取锁

SET resource_name my_random_value NX PX 30000

如果返回成功，则说明客户端获取锁成功，然后就可以访问公共资源了，如果失败则获取锁失败。对于这条命令，需要注意

my_random_value：必须是一个随机字符，并且唯一。如果不唯一，可能会出现以下情况：
1.客户端1获取资源成功
2.客户端1阻塞超时，锁自动释放
3.客户端2获取锁成功
4.客户端1从阻塞中醒来，释放了客户端2的锁

必须设置NX，表示只有resource_name不存在时才会设置成功，保证只有第一个请求的客户端获取锁成功

PX 30000 表示过期时间为30s，为了保证原子操作必须在SET时设置过期时间

1.2 客户端释放锁

释放锁时使用下面的redis lua脚本执行来保证原子性。
只有当resource_name的值和客户端持有的数据相等时才能够调用del删除resource_name，否则不进行删除操作。从而防止一个客户端释放另一个客户端持有的锁。

image.png

1.3 安全性和可靠性：

分析一下redis锁的原理，我们在redis实例中创建一个键值，同时设置该键值的超时时间。创建该键值的客户端获取锁成功，访问公共资源。同时如果客户端宕机则锁会自动释放。客户端需要释放锁时只需要删除该键即可。但一旦单节点的Redis宕机则不能再提供服务，即使是基于Master-Slave模式的故障切换也是不安全的，例如下面场景

客户端1从Master获取锁
Master宕机，但锁key还没有同步到Slave上
Slave升级为Master
客户端2从新的Master上获取锁成功

总之：当redis服务器宕机的时候会出现bug

二、分布式Redlock

算法实现

1. 客户端获取当前时间start_time
2. 客户端按照顺序依次向N个Redis节点获取锁操作，这个过程类似于上述单个节点获取锁过程。为了防止在获取某个Redis节点锁超时，客户端会设置一个很小的超时时间(timeout)，timeout要远远小于锁本身超时时间。
3. 当向所有Redis节点发送获取锁操作完成后，记录当前时间endtime。并且获取锁总消耗时间elapsed_time = (endtime-starttime)，可用时长：validity = ttl - elapsed_time - drift，获取锁成功数n。当n > (N/2+1) && validity > 0(或其他值) 获取锁成功，并修改占有锁时长为validity
4. 如果获取锁失败，则需要向所有客户端发起释放锁的操作

php源码实现

<?php
class RedLock
{
    private $retryDelay; // 重试的间隔时间
    private $retryCount;// 重试的次数
    private $clockDriftFactor = 0.01; // 不同服务器时间漂移比例因子 
    private $quorum;// (N/2+1)
    private $servers = array();// redis集群
    private $instances = array();
    function __construct(array $servers, $retryDelay = 200, $retryCount = 3)
    {
        $this->servers = $servers;
        $this->retryDelay = $retryDelay;
        $this->retryCount = $retryCount;
        $this->quorum  = min(count($servers), (count($servers) / 2 + 1));
    }
    public function lock($resource, $ttl)
    {
        $this->initInstances();
        $token = uniqid();
        $retry = $this->retryCount;
        do {
            $n = 0;
            $startTime = microtime(true) * 1000;
            foreach ($this->instances as $instance) {
                if ($this->lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)) {
                    $n++;
                }
            }
            # Add 2 milliseconds to the drift to account for Redis expires
            # precision, which is 1 millisecond, plus 1 millisecond min drift
            # for small TTLs.
            $drift = ($ttl * $this->clockDriftFactor) + 2;
            $validityTime = $ttl - (microtime(true) * 1000 - $startTime) - $drift;
            if ($n >= $this->quorum && $validityTime > 0) {
                return [
                    'validity' => $validityTime,
                    'resource' => $resource,
                    'token'    => $token,
                ];
            } else {
                foreach ($this->instances as $instance) {
                    $this->unlockInstance($instance, $resource, $token);
                }
            }
            // Wait a random delay before to retry
            $delay = mt_rand(floor($this->retryDelay / 2), $this->retryDelay);
            usleep($delay * 1000);
            $retry--;
        } while ($retry > 0);
        return false;
    }
    public function unlock(array $lock)
    {
        $this->initInstances();
        $resource = $lock['resource'];
        $token    = $lock['token'];
        foreach ($this->instances as $instance) {
            $this->unlockInstance($instance, $resource, $token);
        }
    }
    private function initInstances()
    {
        if (empty($this->instances)) {
            foreach ($this->servers as $server) {
                list($host, $port, $timeout) = $server;
                $redis = new Redis();
                $redis->connect($host, $port, $timeout);
                $this->instances[] = $redis;
            }
        }
    }
    private function lockInstance($instance, $resource, $token, $ttl)
    {
        return $instance->set($resource, $token, ['NX', 'PX' => $ttl]);
    }
    private function unlockInstance($instance, $resource, $token)
    {
        $script = '
            if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
                return redis.call("DEL", KEYS[1])
            else
                return 0
            end
        ';
        return $instance->eval($script, [$resource, $token], 1);
    }
}