分布式锁选型 Redis vs Zookeeper

分布式锁作为分布式环境下并发控制利器，使用场景广泛。分布式锁通常可利用中间件Redis或Zookeeper来实现， 例如针对Java语言Redis有Redisson组件， Zk有Curator组件。

• Redis是一款内存数据库，通常可用来做缓存，由于其执行命令使用单线程，也可以用来实现分布式锁，在集群模式下，Redis提供主从复制和哨兵机制实现高可用性；
• Zookeeper是一款分布式协调中间件，集群模式下，Zk基于ZooKeeper Atomic Broadcast(ZAB)自实现了共识机制；

从其中间件属性就可以看出Redis是偏AP，而Zk是偏CP的。

Distributed Locks with Redis

使用命令SET key value NX PX 30000对某个不存在的key赋值，如果设置成功则过期时间设为30000ms，由于Redis串行执行命令，且该命令的执行是原子的，可以达到分布式锁抢锁的效果，同时在释放锁时使用Lua脚本判断当前线程是否持有该锁，持有则释放锁：

if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

使用Redis单机节点部署时存在单点故障，Redis官方推荐使用红锁算法(RedLock Algorithm)方式确保分布式锁的可用性：

红锁算法下，客户端获取锁的骤入如下：

1. 获取当前初始时间戳
2. 获取所有Redis的锁，获取锁的timeout可根据锁本身的过期时长来确定，比如锁10s过期，那么获取锁如果Redis 50ms没响应就算获取失败了，如果获取失败则忽略；
3. 当全部获取完后，如果客户端获取到锁的数量超过Redis数量的半数 且 当前时间戳距离初始时间戳的时长小于锁的过期时长，则获取锁成功，成功后锁的有效时长即为之前的时间戳差值；
4. 如果第3步判定获取锁失败，则把获取成功的锁给主动释放掉。

使用红锁算法仍然会存在如下问题：

比如有3台Redis server,分别为r1,r2,r3，客户端A获取到其中两台的锁(r1,r2)，超过半数，获取锁成功，此时r2重启，内存数据丢失，客户端B又来获取同一把锁，此时可以获取到(r2,r3)的锁，超过半数，获取锁成功，这样客户端A和B就同时持有同一把锁。可以打开AOF，当机器重启后也会保留之前的数据，但是AOF的fsync策略默认为1s一次，如果Redis直接宕机，最多会丢失2s的数据，但如果fsync策略该为always也会影响写入性能。一种解决办法是宕机后不立即重启，而是等待一个过期时间后再重启，这样就不会有A和B同时持有同一把锁的情况发生。

除此之外，Martin Kleppman(DDIA作者)对RedLock算法提出反对，之后 Salvatore Sanfilippo 反对了反对。

Martin Kleppman提出RedLock会自动释放锁，当客户端发生类似GC等阻塞的耗时操作时无法保证锁的安全性，须添加fencing token（其实就是类似版本号的乐观锁）保证安全性。
而Salvatore Sanfilippo说Martin Kleppman的case是yy出来的，且分布式锁只是确保资源独占的一种高效的方式(just a weak lock to avoid, most of the times, concurrent accesses for performances reasons)，并不应该依赖分布式锁完全确保资源独占。同时有评论指出：但是如果只是为了提升性能，而不是完全依赖分布式锁保证安全性，那其实单机Redis节点即可，没必要上RedLock。

Distributed Locks with Zookeeper

不同于RedLock，Zk集群内部自实现了共识算法，所以客户端直接与其中一台机器交互即可。

Zk基于ZAB协议实现共识机制，集群所有的写操作集中由Leader处理，Leader会广播消息到所有Follow，当ack超过半数时（包含自己的一票）会提交写并通知Follower提交。

Zk使用全局递增的zxid来记录消息进度，如果Leader宕机会在最新消息进度的节点中投票产生新Leader。

可以看到Zk一次写操作涉及多次交互，故写性能没有Redis高。

Conclusion

如果有其他方式兜底保证资源获取的互斥（如mysql更新时的version乐观锁），借助分布式锁是为了提升性能，用单机Redis即可；

如果完全依赖分布式锁保证资源获取的互斥（也不应该完全依赖，还是得加兜底），用Zookeeper。

References

• Distributed Locks with Redis
• How to do distributed locking
• Is Redlock safe?
• 深入了解Zookeeper核心原理