可重入分布式锁有哪些应用场景

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之前发过的一篇实现Redis分布式锁的8大坑中，有粉丝留言说，分布式锁的可重入特性在工作中有哪些应用场景，那么我们这篇文章就来看一下分布式锁的可重入特性。

实现Redis分布式锁的8大坑

一、可重入场景有哪些？

场景一：创建订单之后，处理其他的逻辑异常了，需要回滚取消订单，此时取消订单的逻辑中需要获取到当前订单的分布式锁，此时也是需要可重入的特性的。

场景二：商城的支付，当第一次对订单进行支付时获取订单的分布式锁，如果此时你退出了，在用另一个客户端对同一个订单进行支付是否还可以呢？如果因为网络异常或者其他原因，当前发起订单的客户端还是可以再次进入支付流程进行支付。

场景三：分布式系统的缓存，缓存在客户端1更新过程中，客户端1发生异常无法继续执行，在客户端1获取的分布式锁还没有过期的这段时间，其他的客户端是无法获取到分布式锁的。假如客户端1在锁过期之前恢复了，再次执行该逻辑时可以继续重入该分布式锁继续执行操作。

场景四：在主线程完成任务的情况下，异步处理另一个任务，此时可以先释放锁，异步任务完成之后再次获取锁。

除了上述描述的四种场景外，只要是涉及到分布式锁的，都是有可能会有可重入的特性了。对于可重入的理解是，在维基百科中是这样描述的。

若一个程序或子程序可以“在任意时刻被中断然后操作系统调度执行另一段代码，这段代码又使用了该副程序不会出错”，则称其为可重入（reentrant 或 re-entrant）的。即当该副程序正在运作时，执行线程可以再次进入并执行它，仍然可得到符合设计时所预期的结果。与多线程并发执行的线程安全不同，可重入强调对单一线程执行时重新进入同一个子程序仍然是安全的。

可重入概念是在单线程操作系统的时代提出的。一个子程序的重入，可能由于自身原因，如执行了jmp或者call，类似于子程序的递归调用；或者由于作业系统的中断回应。UNIX系统的signal的处理，即子程序被中断处理程序或者signal处理程序调用。所以，可重入也可称作“异步信号安全”。这里的异步是指信号中断可发生在任意时刻。重入的子程序，按照后进先出线性序依次执行。

所以对于现在的可重入，大部分的场景就是系统异常之后再次执行或者递归调用。

二、Java中有哪些可重入的锁

在Java中，Synchronized 与 ReentrantLock 都是可重入的锁。

1、Synchronized ：应用于方法或者代码块。当一个线程持有某个对象的锁时，它可以重复的进入任何其他由该对象保护的Synchronized 方法或者代码块。

package com.zuiyu.client1;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class SyncDemo {
    public static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(SyncDemo.class);

    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
        log.info("increment count {}",count);
        decrement(); // 调用自身的另一个 synchronized 方法
    }

    public synchronized void decrement() {
        count--;
        log.info("decrement count {}",count);
    }

    public static void main(String[] args) {
        SyncDemo syncDemo = new SyncDemo();
        syncDemo.increment();
    }
}

执行结果如下：

2、ReentrantLock：提供了 lock() 与 unlock() 方法控制锁的获取和释放。与 synchronized 不同的是，ReentrantLock 允许在同一个线程中多次调用 lock() 方法而不被阻塞，只要每次调用 lock() 都有相应的 unlock() 来释放锁就可以。

package com.zuiyu.client1;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;


public class ReentrantLockDemo {
    public static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(ReentrantLockDemo.class);

    //锁
    private static ReentrantLock lock =  new ReentrantLock();
    public void doSomething(int n){
        //进入递归第一件事：加锁
        try{
            lock.lock();
            log.info("--------lock()执行后，getState()的值：{} lock.isLocked():{}",lock.getHoldCount(),lock.isLocked());
            log.info("--------递归{}次--------",n);
            if(n<=2){
                this.doSomething(++n);
            }else{
                return;
            }
        }finally {
            lock.unlock();
            log.info("--------unlock()执行后，getState()的值：{} lock.isLocked():{}",lock.getHoldCount(),lock.isLocked());
        }
    }

    public ReentrantLock getLock(){
        return lock;
    }
    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLockDemo reentrantLockDemo=new ReentrantLockDemo();
        reentrantLockDemo.doSomething(1);
        log.info("执行完doSomething方法 是否还持有锁：{}",lock.isLocked());
    }

}

执行结果如下：

三、ReentrantLock 如何实现的可重入

我们通过代码 debug 可以找到 ReentrantLock 代码中的 nonfairTryAcquire 方法。

    final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            //先判断，c（state）是否等于0，如果等于0，说明没有线程持有锁
            if (c == 0) {
                //通过cas方法把state的值0替换成1，替换成功说明加锁成功
                if (compareAndReentrantLock代码中的SetState(0, acquires)) {
                    //如果加锁成功，设置持有锁的线程是当前线程
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//判断当前持有锁的线程是否是当前线程
                //如果是当前线程，则state值加acquires，代表了当前线程加锁了多少次
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

所以 ReentrantLock 的加锁流程就是：

1、先判断是否有线程持有锁，没有就进行加锁。

2、如果加锁成功，则设置持有锁的线程为当前线程。

3、如果有线程已经持有了锁，则在判断是否是当前线程持有的锁。

4、如果是当前线程持有的锁，则加锁数量+1。

5、如果不是当前当前线程持有的锁，返回false，加锁失败。

释放锁的流程如下:

/**
         * 释放锁
         * @param releases
         * @return
         */
        protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;//state-1 减加锁次数
            //如果持有锁的线程，不是当前线程，抛出异常
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();

            boolean free = false;
            if (c == 0) {//如果c==0了说明当前线程，已经要释放锁了
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);//设置当前持有锁的线程为null
            }
            setState(c);//设置c的值
            return free;
        }

1、每次释放锁对计数进行减1。

2、当c为0的时候，说明锁重入的次数为0 了。

3、最终设置当前持有锁的线程为 NULL，state 设置为0，锁也就释放了。

四、Redisson 实现分布式锁

通过上面 ReentrantLock 的加锁释放锁学习，我们已经知道了锁的可重入的原理了，所以使用 Redis 实现分布式锁我们只需要实现如下两点即可。

1、如何保存当前的线程。

2、加锁次数的保存维护。

所以结合上一篇文章中说过的 Redisson 的可重入特性，也就知道如何使用 Redis 来实现一个分布式锁了。

文章地址在这，可以点进去看看，我下面也把关键地方截图放过来。

Redis 实现分布式锁的8大坑

https://mp.weixin.qq.com/s/j69OLgLIo6R2VI80alJF0Q

那么这里在对这些代码在进行一个说明，在对代码说明之前还是先来个demo。

@Service
public class RedissonLockDemo {

    public final Logger log = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    private RedissonClient redissonClient;

    String rKey = "lock1";

    public RedissonLockDemo(RedissonClient redissonClient) {
        this.redissonClient = redissonClient;
    }

    public void lock(){
        RLock lock1 = redissonClient.getLock(rKey);
        lock1.lock();
        log.info("thread {} method lock,lock1:{}={}",Thread.currentThread().getName(),lock1.getName(),lock1.getHoldCount());
        lock2();
        lock1.unlock();
    }
    public void lock2(){
        RLock lock2 = redissonClient.getLock(rKey);
        lock2.lock();
        log.info("thread {} method lock,lock2:{}={}",Thread.currentThread().getName(),lock2.getName(),lock2.getHoldCount());

        lock2.unlock();
    }


}

执行结果如下：

通过 debug 代码中lock.lock() 可以看到，发现它最终调用的是
RedissonLock#tryLockInnerAsync。


    <T> RFuture<T> tryLockInnerAsync(long waitTime, long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId, RedisStrictCommand<T> command) {
        return this.evalWriteSyncedAsync(this.getRawName(), LongCodec.INSTANCE, command, 
        "if ((redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) 
        or (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1)) 
        then redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); 
        redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); 
        return nil; 
        end; 
        return redis.call('pttl', KEYS[1]);",
        Collections.singletonList(this.getRawName()), new Object[]{unit.toMillis(leaseTime), this.getLockName(threadId)});
    }

加锁流程如下：

1、判断key是否存在，返回0代表key不存在，代表没有加锁。

2、或者判断field是否在hash中，返回1代表当前线程加进程的ID已经获取到锁了。

3、hincrby 对 key中的 ARGV[2]加 1。

4、对整个key设置过期时间。

为了校验执行的命令下面截图是 RedissonBaseLock#evalWriteSyncedAsync 。具体如下：

在这个脚本中，用到的命令我们来说一下

exists：校验 key 是否存在。
hexists：校验 field 是否存在 hash 中。
hincrby：将hash中指定的值增加给定的数字。
pexpire：设置key的有效期，以毫秒为单位。
pttl：判断key的有效毫秒数。

解锁的代码在 RedissonLock#unlockInnerAsync


  protected RFuture<Boolean> unlockInnerAsync(long threadId, String requestId, int timeout) {
        return evalWriteSyncedAsync(getRawName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
                              "local val = redis.call('get', KEYS[3]); " +
                                    "if val ~= false then " +
                                        "return tonumber(val);" +
                                    "end; " +

                                    "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[3]) == 0) then " +
                                        "return nil;" +
                                    "end; " +
                                    "local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[3], -1); " +
                                    "if (counter > 0) then " +
                                        "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[2]); " +
                                        "redis.call('set', KEYS[3], 0, 'px', ARGV[5]); " +
                                        "return 0; " +
                                    "else " +
                                        "redis.call('del', KEYS[1]); " +
                                        "redis.call(ARGV[4], KEYS[2], ARGV[1]); " +
                                        "redis.call('set', KEYS[3], 1, 'px', ARGV[5]); " +
                                        "return 1; " +
                                    "end; ",
                                Arrays.asList(getRawName(), getChannelName(), getUnlockLatchName(requestId)),
                                LockPubSub.UNLOCK_MESSAGE, internalLockLeaseTime,
                                getLockName(threadId), getSubscribeService().getPublishCommand(), timeout);
    }