基于Redis实现分布式锁、限流操作（基于SpringBoot）的实现

基于Redis实现分布式锁、限流操作——基于SpringBoot实现

  • 本文总结了一种利用Redis实现分布式锁、限流的较优雅的实现方式
  • 本文原理介绍较为通俗，希望能帮到有需要的人
  • 本文的demo地址：https://gitee.com/rederxu/lock_distributed.git

一、本文基本实现

  • 利用redis的key是否存在判断锁是否存在
  • 利用redis的increment/decrement方法进行计数，从而实现限流
  • 利用注解，对需要锁定/限流的方法进行配置（用起来超简单！！！）
  • 利用SpringBoot的拦截器，在访问前判断并加锁，访问完成后释放锁
  • 利用@ControllerAdvice捕获全局异常和终止访问

二、为什么选redis

  • 由于redis的原子性（即其操作属于最基本的操作，要么执行要么不执行，要么全部成功，要么全部不成功），因此，用来计数、记录值是否存在具有较高优势。
  • 此外，redis作为效率极高的程序外应用，能有效地独立保存数据，即使是多个服务，也能保持数据一致性（进而实现分布式控制）
  • 本文总结的分布式锁、限流操作都基于redis实现
  • 分布式锁：利用redis的key-value存储结构，判断key是否存在，key在即锁在
  • 限流操作：利用redis的原子性，通过increment/decrement方法进行计数，超出则抛出异常，终止访问。

三、Spring Boot的实现方式

  • 这里的Spring Boot可以理解为微服务中的一个子服务
  • 以下实现是编码过程，运行效果见第四部分，核心实现见本节第3、5部分

1. Reids配置和服务实现

1.1 redis配置
  • properties中的配置
server.port=8080
#redis
spring.redis.host=localhost
spring.redis.database=0
spring.redis.port=6379
  • Java代码配置：
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.config;import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.serializer.Jackson2JsonRedisSerializer;
import org.springframework.data.redis.serializer.StringRedisSerializer;@Configuration
public class RedisConfig {@Beanpublic RedisTemplate<String, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory){// 1.创建一个redis模板对象RedisTemplate<String, Object> redisTemplate = new RedisTemplate<>();redisTemplate.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);// 设置连接器// 2.配置redis模板的普通键值对的序列化策略redisTemplate.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());redisTemplate.setValueSerializer(new Jackson2JsonRedisSerializer<Object>(Object.class));// 3.配置redis模板的Hash键值对的序列化策略redisTemplate.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());redisTemplate.setHashValueSerializer(new StringRedisSerializer());// 4.返回该redis模板对象，加入到spring容器中return redisTemplate;}
}
1.2 redis服务实现
  • 包含redis的常见基本操作
1.3 RedisService
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.service;public interface RedisService {void set(String k,String value);void set(String k,String value,int expireMinute);String get(String k);long getLong(String k);long increment(String k);long decrement(String k);String getAndDelete(String k);
}
1.4 RedisServiceImpl
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.service.impl;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.service.RedisService;import java.util.concurrent.TimeUnit;@Service
public class RedisServiceImpl implements RedisService {@AutowiredRedisTemplate<String,String> redisTemplate;@Overridepublic void set(String k, String value) {redisTemplate.opsForValue().set(k,value);}@Overridepublic void set(String k, String value, int expireMinute) {redisTemplate.opsForValue().set(k,value,expireMinute, TimeUnit.MINUTES);}@Overridepublic String get(String k) {return redisTemplate.opsForValue().get(k);}@Overridepublic long getLong(String k) {String str = get(k);return str == null ? 0 : Long.parseLong(str);}@Overridepublic long increment(String k) {return redisTemplate.opsForValue().increment(k);}@Overridepublic String getAndDelete(String k) {return redisTemplate.opsForValue().getAndDelete(k);}@Overridepublic long decrement(String k) {return redisTemplate.opsForValue().decrement(k);}
}

2 注解实现

2.1 锁类型枚举
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.annotation;public enum RedisLockType {IP(1),USERNAME(2),COUNT(3),ANY(4);private int value;RedisLockType(int value){this.value = value;}public int getValue() {return value;}
}
2.2 注解声明
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.annotation;import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface RedisLock {RedisLockType type() default RedisLockType.IP;
}

3 拦截去实现

3.1拦截器配置
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.config;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.InterceptorRegistry;
import org.springframework.web.servlet.config.annotation.WebMvcConfigurer;
import tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.interceptor.RedisLockInterceptor;@Component
@Configuration
public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {@AutowiredRedisLockInterceptor redisLockInterceptor;@Overridepublic void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {registry.addInterceptor(redisLockInterceptor).addPathPatterns("/**");}
}
3.2拦截器实现
  • 实现过程不赘述，直接看代码
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.interceptor;import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.extra.servlet.ServletUtil;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.Assert;
import org.springframework.web.method.HandlerMethod;
import org.springframework.web.servlet.HandlerInterceptor;
import tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.annotation.RedisLock;
import tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.annotation.RedisLockType;
import tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.service.RedisService;import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;@Component
@Slf4j
public class RedisLockInterceptor implements HandlerInterceptor {@AutowiredRedisService redisService;private static final String CACHE_KEY_REDIS_LOCK = "system:distributed:lock:";//访问前拦截枷锁，锁定时抛出异常，由全局异常捕获@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {if(handler instanceof HandlerMethod){HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;RedisLock redisLock = handlerMethod.getMethodAnnotation(RedisLock.class);if(redisLock == null){return HandlerInterceptor.super.preHandle(request, response, handler);}//需要进行锁判断switch (redisLock.type()){case IP:doIpLock(request);break;case USERNAME://TODO: 从request中通过header等读取到用户信息，然后参考doIpLock实现//略break;case COUNT://某个方法同时访问的人数限制的实现doCountLock(handlerMethod);break;case ANY://TODO: 该方法同时只允许一个人访问，实现方法与doCountLock一致//略break;}}return HandlerInterceptor.super.preHandle(request, response, handler);}//访问结束后释放锁@Overridepublic void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {if(handler instanceof HandlerMethod){HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;RedisLock redisLock = handlerMethod.getMethodAnnotation(RedisLock.class);if(redisLock == null){HandlerInterceptor.super.afterCompletion(request, response, handler, ex);return;}//需要进行锁判断switch (redisLock.type()){case IP:releaseIpLock(request);break;case USERNAME://TODO: 略，释放锁break;case COUNT://某个方法同时访问的人数限制的实现releaseCountLock(handlerMethod);break;case ANY://TODO: 略，释放锁break;}}HandlerInterceptor.super.afterCompletion(request, response, handler, ex);}//访问数量限制lockprivate void doCountLock(HandlerMethod handlerMethod){//根据方法名进行锁定String redisKey = CACHE_KEY_REDIS_LOCK + "count:" + handlerMethod.getMethod().getDeclaringClass() + ":" + handlerMethod.getMethod().toGenericString();redisKey = redisKey.replaceAll(" ","");log.info(redisKey);long countNow = redisService.getLong(redisKey);log.info("当前方法访问人数：" + countNow);//设限制100人，也可以考虑在注解中设置Assert.isTrue(countNow < 10,"系统拥堵，请稍后重试！当前访问人数：" + countNow);redisService.increment(redisKey);}private void releaseCountLock(HandlerMethod handlerMethod) {String redisKey = CACHE_KEY_REDIS_LOCK + "count:" + handlerMethod.getMethod().getDeclaringClass() + ":" + handlerMethod.getMethod().toGenericString();redisKey = redisKey.replaceAll(" ","");long countNow = redisService.decrement(redisKey);log.info("当前方法访问人数：" + countNow);}//ip判断和lockprivate void doIpLock(HttpServletRequest request){//如果是IP锁，则到redis中读取是否已经存在keyString ip = ServletUtil.getClientIP(request);String redisKey = CACHE_KEY_REDIS_LOCK + "ip:" + ip;String value = redisService.get(redisKey);if(StrUtil.isEmpty(value)){//redis自然过期时间为1分钟，即为在一分钟内完成的请求会自动解锁，也可以考虑设置得更短redisService.set(redisKey,ip,1);return;}else{throw new RuntimeException("操作太快，请稍后重试");}}//释放锁private void releaseIpLock(HttpServletRequest request) {String ip = ServletUtil.getClientIP(request);String redisKey = CACHE_KEY_REDIS_LOCK + "ip:" + ip;redisService.getAndDelete(redisKey);}}

4 全局异常拦截

  • 这里是一个简单的实现
package tech.xujian.lock.distributed.lockdistributed.exception;import org.springframework.web.bind.annotation.ControllerAdvice;
import org.springframework.web.bind.annotation.ExceptionHandler;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;@ControllerAdvice
public class RedisLockExceptionHandler {@ExceptionHandler(value =Exception.class)@ResponseBodypublic String exceptionHandler(Exception e){e.printStackTrace();return e.getMessage();}
}

5 Controller上进行注解

  • 示例如下，一看就懂
  • 需要加锁/限流的方法，只需要添加一个注解就像了
@RestController
@RequestMapping("/lock")
public class LockController {@AutowiredRedisService redisService;@RedisLock(type = RedisLockType.IP)@GetMapping("/test/ip")public String lockTest() throws InterruptedException {Thread.sleep(20000);return "succeed.";}@RedisLock(type = RedisLockType.COUNT)@GetMapping("/test/count")public String testCount() throws InterruptedException {Thread.sleep(20000);return "succeed.";}
}

四、运行效果

  • 上文controller中使用sleep使接口卡顿20秒，用来示意接口访问需要时间

1. 正常访问

  • 访问中
    在这里插入图片描述
  • 访问结束后
    在这里插入图片描述

2. 锁

  • 如果在访问的时候再次发起访问，则提示错误（前者访问继续执行）
    在这里插入图片描述

3. 限流

  • 超出流量限制时：
    在这里插入图片描述
  • 本文的demo地址：https://gitee.com/rederxu/lock_distributed.git

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