Golang可重入锁的实现

为什么需要可重入锁

我们平时说的分布式锁，一般指的是在不同服务器上的多个线程中，只有一个线程能抢到一个锁，从而执行一个任务。而我们使用锁就是保证一个任务只能由一个线程来完成。所以我们一般是使用这样的三段式逻辑：

Lock();
DoJob();
Unlock();

但是由于我们的系统都是分布式的，这个锁一般不会只放在某个进程中，我们会借用第三方存储，比如 Redis 来做这种分布式锁。但是一旦借助了第三方存储，我们就必须面对这个问题：Unlock是否能保证一定运行呢？

这个问题，我们面对的除了程序的bug之外，还有网络的不稳定，进程被杀死，服务器被down机等。我们是无法保证Unlock一定被运行的。

那么我们就一般在Lock的时候为这个锁加一个超时时间作为兜底。

LockByExpire(duration);
DoJob();
Unlock();

这个超时时间是为了一旦出现异常情况导致Unlock没有被运行，这个锁在duration时间内也会被自动释放。这个在redis中我们一般就是使用set ex 来进行锁超时的设定。

但是有这个超时时间我们又遇上了问题，超时时间设置多久合适呢？当然要设置的比 DoJob 消耗的时间更长，否则的话，在任务还没结束的时候，锁就被释放了，还是有可能导致并发任务的存在。

但是实际上，同样由于网络超时问题，系统运行状况问题等，我们是无法准确知道DoJob这个函数要执行多久的。那么这时候怎么办呢？

有两个办法：

第一个方法，我们可以对DoJob做一个超时设置。让DoJob最多只能执行n秒，那么我的分布式锁的超时时长设置比n秒长就可以了。为一个任务设置超时时间在很多语言是可以做到的。比如golang 中的 TimeoutContext。

而第二种方法，就是我们先为锁设置一个比较小的超时时长，然后不断续期这个锁。对一个锁的不断需求，也可以理解为重新开始加锁，这种可以不断续期的锁，就叫做可重入锁。

除了主线程之外，可重入锁必然有一个另外的线程（或者携程）可以对这个锁进行续期，我们叫这个额外的程序叫做watchDog（看门狗）。

具体实现

在Golang中，语言级别天生支持协程，所以这种可重入锁就非常容易实现：

// DistributeLockRedis 基于redis的分布式可重入锁，自动续租
type DistributeLockRedis struct {
 key       string             // 锁的key
 expire    int64              // 锁超时时间
 status    bool               // 上锁成功标识
 cancelFun context.CancelFunc // 用于取消自动续租携程
 redis     redis.Client       // redis句柄
}

// 创建可
func NewDistributeLockRedis(key string, expire int64) *DistributeLockRedis {
 return &DistributeLockRedis{
   key : key,
   expire : expire,
 }
}

// TryLock 上锁
func (dl *DistributeLockRedis) TryLock() (err error) {
 if err = dl.lock(); err != nil {
  return err
 }
 ctx, cancelFun := context.WithCancel(context.Background())
 dl.cancelFun = cancelFun
 dl.startWatchDog(ctx) // 创建守护协程，自动对锁进行续期
 dl.status = true
 return nil
}

// competition 竞争锁
func (dl *DistributeLockRedis) lock() error {
 if res, err := redis.String(dl.redis.Do(context.Background(), "SET", dl.key, 1, "NX", "EX", dl.expire)); err != nil {
  return err
 } 
 return nil
}


// guard 创建守护协程，自动续期
func (dl *DistributeLockRedis) startWatchDog(ctx context.Context) {
 safeGo(func() error {
  for {
   select {
   // Unlock通知结束
   case <-ctx.Done():
    return nil
   default:
    // 否则只要开始了，就自动重入（续租锁）
    if dl.status {
     if res, err := redis.Int(dl.redis.Do(context.Background(), "EXPIRE", dl.key, dl.expire)); err != nil {
      return nil
     } 
     // 续租时间为 expire/2 秒
     time.Sleep(time.Duration(dl.expire/2) * time.Second)
    }
   }
  }
 })
}

// Unlock 释放锁
func (dl *DistributeLockRedis) Unlock() (err error) {
 // 这个重入锁必须取消，放在第一个地方执行
 if dl.cancelFun != nil {
  dl.cancelFun() // 释放成功，取消重入锁
 }
 var res int
 if dl.status {
  if res, err = redis.Int(dl.redis.Do(context.Background(), "Del", dl.key)); err != nil {
   return fmt.Errorf("释放锁失败")
  }
  if res == 1 {
   dl.status = false
   return nil
  }
 }
 return fmt.Errorf("释放锁失败")
}

这段代码的逻辑基本上都以注释的形式来写了。其中主要就在startWatchDog，对锁进行重新续期

ctx, cancelFun := context.WithCancel(context.Background())
dl.cancelFun = cancelFun
dl.startWatchDog(ctx) // 创建守护协程，自动对锁进行续期
dl.status = true

首先创建一个cancelContext，它的context函数cancelFunc是给Unlock进行调用的。然后启动一个goroutine进程来循环续期。

这个新启动的goroutine在主goroutine处理结束，调用Unlock的时候，才会结束，否则会在 过期时间/2 的时候，调用一次redis的expire命令来进行续期。

至于外部，在使用的时候如下

func Foo() error {
  key := foo
  
  // 创建可重入的分布式锁
 dl := NewDistributeLockRedis(key, 10)
 // 争抢锁
 err := dl.TryLock()
 if err != nil {
  // 没有抢到锁
  return err
 }
 
 // 抢到锁的记得释放锁
 defer func() {
  dl.Unlock()
 }
 
 // 做真正的任务
 DoJob()
}

参考文章

如果还想了解更多，以下的参考文章值得阅读。

redisson

https://github.com/redisson/redisson

滴滴 曾奇：谈谈我所认识的分布式锁

http://blog.itpub.net/69908606/viewspace-2644366/

Redis 分布式锁｜从青铜到钻石的五种演进方案

https://my.oschina.net/u/4499317/blog/5039486

分布式锁中的王者方案 - Redisson

https://xie.infoq.cn/article/d8e897f768eb1a358a0fd6300#:~:text=Redisson%20%E6%98%AF%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%9C%A8Redis,In%2DMemory%20Data%20Grid%EF%BC%89%E3%80%82

redisson中的看门狗机制总结

https://www.cnblogs.com/jelly12345/p/14699492.html

Redis分布式锁如何自动续期

https://blog.csdn.net/yangbindxj/article/details/123189395

到底什么是重入锁，拜托，一次搞清楚！

https://zhuanlan.zhihu.com/p/71018541