一、 分布式锁简介

分布式锁是一种常见的协调分布式系统的机制，在分布式环境下保证数据的一致性和可用性。分布式锁的实现有很多种方式，其中较为常见的方式是利用Redis实现分布式锁。

在使用 Redis 实现分布式锁时，我们通常使用 SET key value [EX seconds] [NX] 命令来给某个 key 设置一个具有过期时间的值作为锁。其中 EX 参数表示设置过期时间，当 Redis 客户端连接断开或者达到过期时间时，锁会自动失效。但是，在一些特殊情况下，由于网络波动等原因，我们可能无法及时续期更新锁的过期时间，这会导致锁在没有被显式释放的情况下过期，从而引发并发问题。

Redisson 的看门狗就是为了解决这个问题而设计的。它会在获取锁之后启动一个后台任务定期地对锁进行“续期”，即更新锁的过期时间。具体来说，每次启动续期任务时，会通过 set(key, value, XX, PX, ttl) 命令更新锁的过期时间，同时记录该任务与锁的对应关系。在锁释放或过期时，会取消相应的续期任务，从而保证锁的有效性。

二、 Redisson分布式锁的看门狗源码分析

Redisson 的 RedissonLock 类主要通过下面五个方法实现Watchdog机制：

• tryAcquireAsync
• scheduleExpirationRenewal
• renewExpiration
• renewExpirationAsync
• cancelExpirationRenewal

下面讲解各个方法的源码片段

1. tryAcquireAsync

private <T> RFuture<Long> tryAcquireAsync(long leaseTime, TimeUnit unit, long threadId) {
    // 如果设置了超时时间，调用 tryLockInnerAsync 方法尝试加锁并设置过期时间。
    if (leaseTime != -1) {
        return tryLockInnerAsync(leaseTime, unit, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);
    }

    // 否则仅获取锁，并返回剩余时间。
    // 计算剩余过期时间
    RFuture<Long> ttlRemainingFuture = tryLockInnerAsync(commandExecutor.getConnectionManager().getCfg().getLockWatchdogTimeout(),
            TimeUnit.MILLISECONDS, threadId, RedisCommands.EVAL_LONG);

    // 当获取剩余过期时间的异步操作完成后，判断是否获取到锁，如果获取到，开始定时任务自动续期
    ttlRemainingFuture.onComplete((ttlRemaining, e) -> {
        if (e != null) {
            return;
        }
        // 如果返回值为 null 表示已经拥有锁
        if (ttlRemaining == null) {
            // 开始定期检查锁是否过期，如果没有过期则续期
            scheduleExpirationRenewal(threadId);
        }
    });
    return ttlRemainingFuture;
}

Redisson在lock方法执行时，会调用tryAcquireAsync方法获取锁，在获取到锁时，上面示例代码种会调用scheduleExpirationRenewal(threadId)方法，开启定时检查是否过期和自动续期的定时任务，这里其实就是看门狗机制的创建点。

2. scheduleExpirationRenewal

private void scheduleExpirationRenewal(long threadId) {
    ExpirationEntry entry = new ExpirationEntry();

    // 在 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中添加一个新的键值对，如果该键名已存在，则将 threadId 添加到该键名的队列中。
    ExpirationEntry oldEntry = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.putIfAbsent(getEntryName(), entry);
    if (oldEntry != null) {
        oldEntry.addThreadId(threadId);
    } else { // 如果该键名不存在，则添加一个新的键值对，并执行 renewExpiration() 方法续约该锁的过期时间。
        entry.addThreadId(threadId);
        renewExpiration();
    }
}

当一个线程获取到锁时，会调用 scheduleExpirationRenewal() 方法向 EXPIRATION_RENEWAL_MAP （ConcurrentHashMap 对象）中添加一个新的键值对，如果该键名已存在，则将 threadId 添加到该键名的队列中；否则，添加一个新的键值对，并调用 renewExpiration() 方法续约该锁的过期时间。

3. renewExpiration

private void renewExpiration() {
    // 从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中查找当前锁实例，并获取相应的 ExpirationEntry 对象。
    ExpirationEntry ee = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
    if (ee == null) {
        return;
    }

    // 创建一个定时任务（Timeout），在线程持有该锁时执行续期操作。
    Timeout task = commandExecutor.getConnectionManager().newTimeout(new TimerTask() {
        @Override
        public void run(Timeout timeout) throws Exception {
            ExpirationEntry ent = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
            if (ent == null) {
                return;
            }
            Long threadId = ent.getFirstThreadId();
            if (threadId == null) {
                return;
            }

            // 异步更新锁的过期时间，并在操作完成后进行回调处理。
            RFuture<Boolean> future = renewExpirationAsync(threadId);
            future.onComplete((res, e) -> {
                if (e != null) {
                    log.error("Can't update lock " + getName() + " expiration", e);
                    return;
                }

                // 如果续期成功，则重新安排定时任务
                if (res) {
                    renewExpiration();
                }
            });
        }
    }, internalLockLeaseTime / 3, TimeUnit.MILLISECONDS); // 定时任务的间隔为锁到期时间的三分之一

    // 将该定时任务存储在 ExpirationEntry 实体中，方便后续处理。
    ee.setTimeout(task);
}

在该方法内部，首先通过 getEntryName() 获取当前锁实例的名称，然后从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中查找该名称对应的 ExpirationEntry 对象。如果对象不存在，则直接返回即可；否则，创建一个新的定时任务，该任务会在 internalLockLeaseTime / 3 毫秒后执行，并尝试异步更新锁的过期时间。如果更新成功，则会再次调用 renewExpiration() 方法，以便持续延长锁的过期时间。这个定时任务通俗的讲就是所谓的看门狗。当然，这里更新过期时间的操作是通过调用 renewExpirationAsync() 实现的，它仍然是一个异步操作。

4. renewExpirationAsync

protected RFuture<Boolean> renewExpirationAsync(long threadId) {
    // 使用 evalWriteAsync 方法执行 EVAL 命令
    return commandExecutor.evalWriteAsync(getName(), LongCodec.INSTANCE, RedisCommands.EVAL_BOOLEAN,
            // EVAL 命令的脚本，根据给定的键和参数进行判断和更新
            "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
                // 如果指定的键和参数都存在，则续约该键的过期时间
                "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                // 并返回操作成功的标志
                "return 1; " +
            "end; " +
            // 如果指定的键和参数不匹配，则返回操作失败的标志
            "return 0;",
        // EVAL 命令中用到的键
        Collections.<Object>singletonList(getName()), 
        // 续约的过期时间，在 Redisson 中为 internalLockLeaseTime
        internalLockLeaseTime, 
        // 获取锁的名称，由线程 ID 和当前 Redisson 实例 ID 组成
        getLockName(threadId)
    );
}

此方法主要是用于在获取分布式锁的情况下，对锁的过期时间进行续约的操作。其中，RedisCommands.EVAL_BOOLEAN 代表执行 EVAL 命令后返回的数据类型为 Boolean 类型；getKey() 方法用于获取锁的名称，该名称由锁的前缀和锁的 ID 组成；getLockName(threadId) 方法用于获取当前线程获取锁后的锁名称，之所以要使用当前 Redisson 实例 ID 与线程 ID 组合作为锁名称，是为了确保在多个 Redisson 实例下，所有线程都能够正确地获取到锁名并正确地执行续约操作。

5.cancelExpirationRenewal

void cancelExpirationRenewal(Long threadId) {
    // 从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中查找当前锁实例，并获取相应的 ExpirationEntry 对象。
    ExpirationEntry task = EXPIRATION_RENEWAL_MAP.get(getEntryName());
    if (task == null) {
        return;
    }

    // 如果传入了调用者线程 ID，则从任务中移除该线程 ID。
    if (threadId != null) {
        task.removeThreadId(threadId);
    }

    // 如果线程 ID 为空，或者任务已经没有任何线程在持有它了，则取消任务并从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中删除该实体。
    if (threadId == null || task.hasNoThreads()) {
        Timeout timeout = task.getTimeout();
        if (timeout != null) {
            timeout.cancel(); // 取消定时任务
        }
        EXPIRATION_RENEWAL_MAP.remove(getEntryName()); // 从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中删除实体
    }
}

这个方法主要是用于取消延长锁过期时间的定时任务。当一个线程在unlock释放锁时，便会调用这个方法。在该方法内部，首先通过 getEntryName() 获取当前锁实例的名称，然后从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中查找该名称对应的 ExpirationEntry 对象。如果对象不存在，则直接返回即可；否则，如果传入了调用者线程 ID，则从任务中移除该线程 ID。接着，如果线程 ID 为空，或者任务已经没有任何线程在持有它了，则取消任务并从 EXPIRATION_RENEWAL_MAP 中删除该实体。需要注意的是，取消定时任务的操作是通过调用 timeout.cancel() 实现的，它会将定时任务从时间轮中移除。由于 Redisson 是基于 Netty 的，所以它使用的是 HashedWheelTimer，这个定时器底层是基于时间轮实现的，并且支持动态添加和删除定时任务。

三、 使用注意事项

使用Redisson分布式锁的看门狗应注意以下几个问题：

• 设置合理的锁超时时间：如果锁的超时时间过短，则会导致频繁续命和多次加锁解锁，影响程序性能；如果锁的超时时间过长，则可能会因为某些异常原因使得锁无法释放，从而导致死锁。
• 在业务逻辑完成后及时启动看门狗：如果业务逻辑执行时间过长，则有可能导致锁的过期，从而使看门狗失去续命的意义。
• 合理配置看门狗的参数：看门狗的续命时间间隔应该在锁的过期时间内，且重试次数不宜过多，以免影响程序性能。
• 避免锁的嵌套使用：锁的嵌套使用有可能导致死锁或者其他并发问题，应避免使用。