Redis实现分布式锁，请详细说明这个分布式锁的实现原理

使用 Redis 实现分布式锁是通过 Redis 的 单线程特性和原子操作，以键值对的形式设置锁，确保在分布式系统中多个进程或线程只有一个能获取锁。核心原理是利用 SETNX（Set if Not Exists）命令设置锁，结合过期时间防止死锁，解锁时用 Lua 脚本保证原子性。

关键事实

目标：
在分布式环境中（如多服务器）实现互斥访问。
Redis 特性：
单线程执行命令，保证原子性。
高性能，支持分布式部署。
基本步骤：
加锁：设置唯一键，值带标识。
解锁：检查标识后删除键。
超时：设置过期时间，避免死锁。

实现原理详解

1. 加锁

命令：SET key value NX PX milliseconds
NX：键不存在时设置（Set if Not Exists）。
PX：设置过期时间（毫秒）。
value：唯一标识（如客户端 ID 或随机 UUID）。
原理：
多个客户端尝试设置同一键，只有第一个成功，后续失败。
过期时间防止锁未释放导致死锁。
代码（Java + Jedis）：

public boolean lock(Jedis jedis, String key, String value, int expireMs) {
    String result = jedis.set(key, value, "NX", "PX", expireMs);
    return "OK".equals(result);
}

示例：
客户端 A：SET lock:resource clientA NX PX 30000 -> 成功。
客户端 B：SET lock:resource clientB NX PX 30000 -> 失败。

2. 解锁

问题：直接用 DEL key 可能误删其他客户端的锁。
解决：用 Lua 脚本检查 value 匹配后再删除。
Lua 脚本：

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

原理：
确保只有锁的拥有者能释放。
GET 和 DEL 在单次执行中完成，原子性。
代码：

public void unlock(Jedis jedis, String key, String value) {
    String script = "if redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1] then " +
                    "return redis.call('DEL', KEYS[1]) else return 0 end";
    jedis.eval(script, Collections.singletonList(key), Collections.singletonList(value));
}

3. 完整示例

public class DistributedLock {
    private Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
    private static final String LOCK_KEY = "lock:resource";
    private static final int EXPIRE_MS = 30000; // 30秒

    public boolean tryLock(String clientId) {
        return lock(jedis, LOCK_KEY, clientId, EXPIRE_MS);
    }

    public void releaseLock(String clientId) {
        unlock(jedis, LOCK_KEY, clientId);
    }

    public static void main(String[] args) {
        DistributedLock lock = new DistributedLock();
        String clientId = UUID.randomUUID().toString();
        if (lock.tryLock(clientId)) {
            System.out.println("Lock acquired");
            // 执行业务
            lock.releaseLock(clientId);
            System.out.println("Lock released");
        } else {
            System.out.println("Failed to acquire lock");
        }
    }
}

实现细节与原理

1. 为什么用 SETNX？

Redis 单线程执行，SET NX 保证只有一个客户端设置成功，天然互斥。

2. 为什么加过期时间？

防止客户端崩溃未释放锁，过期后自动解锁。
示例：客户端 A 获取锁后宕机，30 秒后锁失效。

3. 为什么用 Lua 解锁？

避免误删：直接 DEL 可能删除其他客户端的锁。
原子性：GET 和 DEL 分开执行可能被中断，Lua 脚本一次完成。

4. 锁续期问题

问题：业务执行超 30 秒，锁过期被他人获取。
解决：客户端定时检查并延长锁（PEXPIRE），如 Redisson 的看门狗机制。

延伸与面试角度

优缺点：
优点：简单、高性能、跨节点。
缺点：依赖 Redis 单点，过期时间难估。
与 Zookeeper 对比：
Redis：高性能，基于内存，弱一致性。
Zookeeper：强一致性，基于顺序节点，性能低。
改进：
Redisson：封装分布式锁，支持锁续期、公平锁。
多节点：用 Redlock 算法，多 Redis 实例投票。
实际应用：
秒杀系统：锁库存。
分布式任务：锁任务 ID。
面试点：
问“死锁怎么防”时，提过期时间。
问“误删怎么防”时，提 Lua 脚本。

总结

Redis 分布式锁用 SETNX 加锁，设置过期时间防死锁，Lua 脚本原子解锁。原理基于 Redis 单线程和原子性，保证互斥。面试时，可写代码或提 Redlock 改进，展示深入理解。