Redis setnx在Spring Boot 2+Docker线上环境中的竞态条件问题与针对多个Java进程的分布式锁解决方案

一、引言

在分布式系统中，经常需要通过锁来协调多个进程之间的操作，以保证数据的一致性和正确性。Redis，这个强大的内存数据库小能手，在开发者圈子里可是备受宠爱。它有个绝招叫`setnx`命令，这已经变成了众多程序员老铁们在实现分布式锁时的常用“神器”之一了。然而，在我们用Spring Boot 2搭配Docker搭建的线上环境里，遇到了一个让人摸不着头脑的情况：当两个Java程序同时使出“setnx”命令抢夺Redis锁的时候，竟然会出现两个人都能抢到锁的怪事！这可真是让我们一众人大跌眼镜，直呼神奇。本文将尝试分析这一现象的原因，并给出解决方案。

二、问题复现

首先，我们需要准备两台Linux服务器作为开发环境，分别命名为A和B。然后，在服务器A上启动一个Spring Boot应用，并在其中加入如下代码：

@Autowired
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
public void lock(String key) {
    String result = stringRedisTemplate.execute((ConnectionFactory connectionFactory, RedisCallback<String> action) -> {
        Jedis jedis = new Jedis(connectionFactory.getConnection());
        try {
            return jedis.setnx(key, "1");
        } catch (Exception e) {
            log.error("lock failed", e);
        }
        finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
        return null;
    });
    if (result == null || !result.equals("1")) {
        throw new RuntimeException("Failed to acquire lock");
    }
}

接着，在服务器B上也启动同样的应用，并在其中执行上述`lock`方法。这时候我们注意到一个情况，这“lock”方法时灵时不灵的，有时候它会突然尥蹶子，抛出异常告诉我们锁没拿到；但有时候又乖巧得很，顺利就把锁给拿下了。这是怎么回事呢？

三、问题分析

经过一番研究，我们发现了问题所在。原来，当两个Java进程同时执行`setnx`命令时，Redis并没有按照我们的预期进行操作。咱们都知道，这个`setnx`命令啊，它就像个贴心的小管家。如果发现某个key还没在数据库里安家落户，嘿，它立马就动手，给创建一个新的键值对出来。这个键嘛，就是你传给它的第一个小宝贝；而这个值呢，就是紧跟在后面的那个小家伙。不过，要是这key已经存在了，那它可就不干活啦，悠哉悠哉地返回个0给你，表示这次没执行任何操作。不过在实际情况里头，如果两个进程同时发出了“setnx”命令，Redis可能不会马上做出判断，而是会选择先把这两个请求放在一起，排个队，等会儿再逐一处理。想象一下，如果有两个请求一起蹦跶过来，如果其中一个请求抢先被处理了，那么另一个请求很可能就被晾在一边，这样一来，就可能引发一些预料之外的问题啦。

四、解决方案

针对上述问题，我们可以采取以下几种解决方案：

1. 使用Redis Cluster

Redis Cluster是一种专门用于处理高并发情况的分布式数据库，它可以通过将数据分散在多个节点上来提高读写效率，同时也能够避免单点故障。通过将Redis部署在Redis Cluster上，我们可以有效防止多线程竞争同一资源的情况发生。

2. 提升Java进程的优先级

我们可以在Java进程中设置更高的优先级，以便让Java进程优先获得CPU资源。这样，即使有两个Java程序小哥同时按下“setnx”这个按钮，也可能会因为CPU这个大忙人只能服务一个请求，导致其中一个程序小哥暂时抢不到锁，只能干等着。

3. 使用Redis的其他命令

除了`setnx`命令外，Redis还提供了其他的命令来实现分布式锁的功能，例如`blpop`、`brpoplpush`等。这些命令有个亮点，就是能把锁的状态存到Redis这个数据库里头，这样一来，就巧妙地化解了多个线程同时抢夺同一块资源的矛盾啦。

五、总结

总的来说，Redis的`setnx`命令是一个非常有用的工具，可以帮助我们解决分布式系统中的许多问题。不过呢，在实际使用的时候，咱们也得留心一些小细节，这样才能避免那些突如其来的状况，让一切顺顺利利的。比如在同时处理多个任务的情况下，我们得留意把控好向Redis发送请求的个数，别一股脑儿地把太多的请求挤到Redis那里去，让它应接不暇。另外，咱们也得学会对症下药，挑选适合的解决方案来解决具体的问题。比如，为了提升读写速度，我们可以考虑使个巧劲儿，用上Redis Cluster；再比如，为了避免多个线程争抢同一块资源引发的“战争”，我们可以派出其他命令来巧妙化解这类矛盾。最后，我们也应该不断地学习和探索，以便更好地利用Redis这个强大的工具。