分布式锁的核心其实就是采用一个集中式的服务，然后多个应用节点进行抢占式锁定来进行实现，今天介绍如何采用Redis作为基础服务，实现一个分布式锁的类库，本方案不考虑 Redis 集群多节点问题，如果引入集群多节点问题，会导致解决成本大幅上升，因为 Redis 单节点就可以很容易的处理10万并发量了，这对于日常开发中 99% 的项目足够使用了。
目标如下：
- 支持 using 语法，出 using 范围之后自动释放锁
- 支持 尝试行为，如果锁获取不到则直接跳过不等待
- 支持 等待行为，如果锁获取不到则持续等待直至超过设置的等待时间
- 支持信号量控制，实现一个锁可以同时获取到几次，方便对一些方法进行并发控制
代码整体结构图
创建 DistributedLock 类库，然后定义接口文件 IDistributedLock ，方便我们后期扩展其他分布式锁的实现。
namespace DistributedLock
{
public interface IDistributedLock
{
/// <summary>
/// 获取锁
/// </summary>
/// <param name="key">锁的名称，不可重复</param>
/// <param name="expiry">失效时长</param>
/// <param name="semaphore">信号量</param>
/// <returns></returns>
public IDisposable Lock(string key, TimeSpan expiry = default, int semaphore = 1);
/// <summary>
/// 尝试获取锁
/// </summary>
/// <param name="key">锁的名称，不可重复</param>
/// <param name="expiry">失效时长</param>
/// <param name="semaphore">信号量</param>
/// <returns></returns>
public IDisposable? TryLock(string key, TimeSpan expiry = default, int semaphore = 1);
}
}
创建 DistributedLock.Redis 类库，安装下面两个 Nuget 包
StackExchange.Redis
Microsoft.Extensions.Options
定义配置模型 RedisSetting
namespace DistributedLock.Redis.Models
{
public class RedisSetting
{
public string Configuration { get; set; }
public string InstanceName { get; set; }
}
}
定义 RedisLockHandle
using StackExchange.Redis;
namespace DistributedLock.Redis
{
public class RedisLockHandle : IDisposable
{
public IDatabase Database { get; set; }
public string LockKey { get; set; }
public void Dispose()
{
try
{
Database.LockRelease(LockKey, "123456");
}
catch
{
}
GC.SuppressFinalize(this);
}
}
}
实现 RedisLock
using DistributedLock.Redis.Models;
using Microsoft.Extensions.Options;
using StackExchange.Redis;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;
namespace DistributedLock.Redis
{
public class RedisLock : IDistributedLock
{
private readonly ConnectionMultiplexer connectionMultiplexer;
private readonly RedisSetting redisSetting;
public RedisLock(IOptionsMonitor<RedisSetting> config)
{
connectionMultiplexer = ConnectionMultiplexer.Connect(config.CurrentValue.Configuration);
redisSetting = config.CurrentValue;
}
/// <summary>
/// 获取锁
/// </summary>
/// <param name="key">锁的名称，不可重复</param>
/// <param name="expiry">失效时长</param>
/// <param name="semaphore">信号量</param>
/// <returns></returns>
public IDisposable Lock(string key, TimeSpan expiry = default, int semaphore = 1)
{
if (expiry == default)
{
expiry = TimeSpan.FromMinutes(1);
}
var endTime = DateTime.UtcNow + expiry;
RedisLockHandle redisLockHandle = new();
StartTag:
{
for (int i = 0; i < semaphore; i++)
{
var keyMd5 = redisSetting.InstanceName + Convert.ToHexString(MD5.HashData(Encoding.UTF8.GetBytes(key + i)));
try
{
var database = connectionMultiplexer.GetDatabase();
if (database.LockTake(keyMd5, "123456", expiry))
{
redisLockHandle.LockKey = keyMd5;
redisLockHandle.Database = database;
return redisLockHandle;
}
}
catch
{
}
}
if (redisLockHandle.LockKey == default)
{
if (DateTime.UtcNow < endTime)
{
Thread.Sleep(1000);
goto StartTag;
}
else
{
throw new Exception("获取锁" + key + "超时失败");
}
}
}
return redisLockHandle;
}
public IDisposable? TryLock(string key, TimeSpan expiry = default, int semaphore = 1)
{
if (expiry == default)
{
expiry = TimeSpan.FromMinutes(1);
}
for (int i = 0; i < semaphore; i++)
{
var keyMd5 = redisSetting.InstanceName + Convert.ToHexString(MD5.HashData(Encoding.UTF8.GetBytes(key + i)));
try
{
var database = connectionMultiplexer.GetDatabase();
if (database.LockTake(keyMd5, "123456", expiry))
{
RedisLockHandle redisLockHandle = new()
{
LockKey = keyMd5,
Database = database
};
return redisLockHandle;
}
}
catch
{
}
}
return null;
}
}
}
定义 ServiceCollectionExtensions
using DistributedLock.Redis.Models;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
namespace DistributedLock.Redis
{
public static class ServiceCollectionExtensions
{
public static void AddRedisLock(this IServiceCollection services, Action<RedisSetting> action)
{
services.Configure(action);
services.AddSingleton<IDistributedLock, RedisLock>();
}
}
}
使用时只要在配置文件中加入 redis 连接字符串信息，然后注入服务即可。
appsettings.json
{
"ConnectionStrings": {
"redisConnection": "127.0.0.1,Password=123456,DefaultDatabase=0"
}
}
注入示例代码：
//注册分布式锁 Redis模式
builder.Services.AddRedisLock(options =>
{
options.Configuration = builder.Configuration.GetConnectionString("redisConnection")!;
options.InstanceName = "lock";
});
使用示例
using DistributedLock;
using Microsoft.AspNetCore.Mvc;
namespace WebAPI.Controllers
{
[Route("[controller]")]
[ApiController]
public class DemoController : ControllerBase
{
private readonly IDistributedLock distLock;
public DemoController(IDistributedLock distLock)
{
this.distLock = distLock;
}
[HttpGet("Test")]
public void Test()
{
//锁定键只要是一个字符串即可，可以简单理解为锁的标识名字，可以是用户名，用户id ，订单id 等等，根据业务需求自己定义
string lockKey = "xx1";
using (distLock.Lock(lockKey))
{
//代码块同时只有一个请求可以进来执行，其余没有获取到锁的全部处于等待状态
//锁定时常1分钟，1分钟后无论代码块是否执行完成锁都会被释放，同时等待时常也为1分钟，1分钟后还没有获取到锁，则抛出异常
}
using (distLock.Lock(lockKey, TimeSpan.FromSeconds(300)))
{
//代码块同时只有一个请求可以进来执行，其余没有获取到锁的全部处于等待状态
//锁定时常300秒，300秒后无论代码块是否执行完成锁都会被释放，同时等待时常也为300秒，300秒后还没有获取到锁，则抛出异常
}
using (distLock.Lock(lockKey, TimeSpan.FromSeconds(300), 5))
{
//代码块同时有五个请求可以进来执行，其余没有获取到锁的全部处于等待状态
//锁定时常300秒，300秒后无论代码块是否执行完成锁都会被释放，同时等待时常也为300秒，300秒后还没有获取到锁，则抛出异常
//该代码块有5个请求同时拿到锁，签发出去的5把锁，每把锁的时间都是单独计算的，并非300秒后 5个锁会全部同时释放，可能只会释放 2个或3个，释放之后心的请求又可以获取到，总之最多只有5个请求可以进入
}
var lockHandle1 = distLock.TryLock(lockKey);
if (lockHandle1 != null)
{
//代码块同时只有一个请求可以进来执行，其余没有获取到锁的直接为 null 不等待，也不执行
//锁定时常1分钟，1分钟后无论代码块是否执行完成锁都会被释放
}
var lockHandle2 = distLock.TryLock(lockKey, TimeSpan.FromSeconds(300));
if (lockHandle2 != null)
{
//代码块同时只有一个请求可以进来执行，其余没有获取到锁的直接为 null 不等待，也不执行
//锁定时常300秒，300秒后无论代码块是否执行完成锁都会被释放
}
var lockHandle3 = distLock.TryLock(lockKey, TimeSpan.FromSeconds(300), 5);
if (lockHandle3 != null)
{
//代码块同时有五个请求可以进来执行，其余没有获取到锁的直接为 null 不等待，也不执行
//锁定时常300秒，300秒后无论代码块是否执行完成锁都会被释放
//该代码块有5个请求同时拿到锁，签发出去的5把锁，每把锁的时间都是单独计算的，并非300秒后 5个锁会全部同时释放，可能只会释放 2个或3个，释放之后心的请求又可以获取到，总之最多只有5个请求可以进入
}
}
}
}
至此 关于 自己动手基于 Redis 实现一个 .NET 的分布式锁类库 就讲解完了，有任何不明白的，可以在文章下面评论或者私信我，欢迎大家积极的讨论交流，有兴趣的朋友可以关注我目前在维护的一个 .NET 基础框架项目，项目地址如下
https://github.com/berkerdong/NetEngine.git
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