# 使用Redis來進行分散式鎖

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透過上一篇[好像要鎖一下ㄟ(悲觀鎖、樂觀鎖)](https://hackmd.io/@UTRxSLfpRa6ds1oeI2U7Lw/H1SFq3CFs)中提到了透過DB的方式來解決賣超的方法，今天就來記錄一下如果不用DB那要怎麼解決哩?

## 悲觀鎖
- 上次使用的是悲觀鎖，底下的原理是透過資料庫行鎖來達成，這樣的話會有以下這些困擾的問題:
1. 效能問題，在資料庫層面會一直阻塞，直到commit
2. 注意設定事務的隔離級別是`Read Commit`，否則併發情況下，另外的事物無法看到提交的資料，導致賣超問題
3. 容易產生deadlock，如果多個加鎖控制不好，就會容易發生

## 簡單介紹分散式鎖
- 我們可以透過Redis、ZooKeeper來實現
- 特點
1. `互斥性`。在任意時刻，只有一個人持有鎖
2. `鎖超時`。即使一個人持有鎖的期間發生異常，而沒有主動釋放鎖，也需要保證其他人能正常獲取鎖
3. 獲得鎖和解鎖必須是`同一個人`，不能把別人的鎖給釋放了
- 這樣的話我們就可以不需要使用悲觀鎖，來解決賣超、一致性等問題

## 分散式鎖的觸發流程

graph TD;
A拿到鎖-->A做某些事情;
A做某些事情-->A解鎖;
A解鎖-->換下一個人拿鎖;
換下一個人拿鎖-->A拿到鎖;

- 從圖中我們可以知道分散式鎖的`獲得鎖和解鎖必須是同一個人`，一次只給一個人拿到鎖，同一時間不會有其他人拿到相同的鎖

## 實作
- 透過Redis來實作分散式鎖，同時有10個人搶同樣的東西
### 拿到鎖
- `acquire_timeout`：每個人能獲得鎖的上限時間為`30s`
- `lock_timeout`：鎖的過期時間為`10s`
- 其中`acquire_timeout`必須==大於== `lock_timeout`，因為如果==小於==的話就不符合上面提到的`鎖超時`了

def acquire_lock(lock_name, p, acquire_timeout=30, lock_timeout=10):
    """
    獲取鎖
    :param lock_name:
    :param p:
    :param acquire_timeout: 每個人能獲得鎖的上限時間
    :param lock_timeout: 鎖的過期時間
    :return:
    """
    identifier = str(uuid.uuid4())
    # 設定當前用戶在特定時間內一定要拿到鎖，若超過acquire_timeout時間都還沒拿到鎖，則return False
    end = time.time() + acquire_timeout
    while time.time() < end:
        # nx: 如果不存在才創建、ex: 過期時間
        # 設置鎖的過期時間，防止deadlock，並返回uuid當作唯一值
        if r.set(lock_name, identifier, ex=lock_timeout, nx=True):
            print(f"進程{p} 獲得鎖")
            return identifier

    return False

### 解鎖
- 當下的redis儲存的uuid必須跟當下的user是同樣的才能正常解鎖 => `同一人才能解鎖`

def release_lock(lock_name, identifier):
    unlock_script = """
    if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then
        return redis.call("del", KEYS[1])
    else
        return 0
    end
    """
    unlock = r.register_script(unlock_script)
    result = unlock(keys=[lock_name], args=[identifier])
    if result:
        return True
    else:
        return False

### 執行結果
- 我們可以看到一次只會有一個進程獲得鎖和解鎖，不會有A進程獲得鎖、B進行解鎖的情況

if __name__ == '__main__':
    for i in range(10):
        Process(target=exec_test, args=("lock:test", i)).start()
        
# 進程2 獲得鎖
# 876146d3-0502-43a5-a93c-d136e1281623
# 進程2 成功解鎖
# 進程4 獲得鎖
# b3682b7c-07e6-41b9-af2a-50f189ed77c2
# 進程4 成功解鎖
# 進程3 獲得鎖
# e292c337-4e51-48d3-bc4c-a98445628942
# 進程3 成功解鎖
# 進程5 獲得鎖
# 6a820501-04a8-4263-815a-34633722fc5a
# 進程5 成功解鎖
# 進程6 獲得鎖
# 8a0fdc15-35d9-45c5-9421-c2b988b736d9
# 進程6 成功解鎖
# 進程0 獲得鎖
# 4abb0888-0624-401f-8c92-971792246f0b
# 進程0 成功解鎖
# 進程7 獲得鎖
# 5231363d-6ee4-47a7-9546-deecbe51a8a3
# 進程7 成功解鎖
# 進程8 獲得鎖
# e177da52-67fb-4a6c-8fe4-271f53a126f2
# 進程8 成功解鎖
# 進程1 獲得鎖
# 25279d1e-6b09-46c9-b8da-6e2f37143a1b
# 進程1 成功解鎖
# 進程9 獲得鎖
# 133dca70-3bda-4942-ac78-ea3ee9f39bbd
# 進程9 成功解鎖

### 結論
寫法上應該還有其他種，原理是相同的。另外`Zookeeper`也可以實作出分散式鎖，看別人的分享在實作上是比Redis更簡易的，有興趣的可以自己玩玩看~

## 參考資料
1. [隔離級別介紹](https://openhome.cc/Gossip/HibernateGossip/IsolationLevel.html)
2. https://www.gushiciku.cn/pl/ggMl/zh-tw
3. https://www.cnblogs.com/tracydzf/p/15629987.html
4. [redis、zookeeper面試介紹](https://github.com/doocs/advanced-java/blob/main/docs/distributed-system/distributed-lock-redis-vs-zookeeper.md)