RedLock.NET：.NET 中的分布式锁

在 .NET 中使用 RedLock.NET 实现分布式锁

分布式锁为多服务实例系统中的关键代码段提供独占访问。这在 Kubernetes 中的微服务尤为重要，因为 Pod 或不同服务会竞争资源。主要目标是原子执行操作，例如更新数据库中的关键数据或调用外部 API。

典型场景：

• 更改数据库中的业务关键值。
• 向监管系统发送请求（例如，类似于 Chestny Znak 的系统）。
• 同一微服务 Pod 之间或编排/编舞中的服务之间的同步。

标准的 .NET 原语如 SemaphoreSlim、AsyncLock 或 lock 不适用，因为实例物理分离。Mutex 在 Windows 上有效，但在异步代码和 Docker 容器中存在问题。

RedLock.NET 概述

RedLock.NET 是一个在 .NET 中实现 RedLock 算法的库。最新稳定版本为 2.3.2（2022）。该包通过了安全检查，无已知漏洞。作者积极在 GitHub 上维护问题。

RedLock 算法使用 Redis 集群实现带有 TTL 的分布式锁，即使在网络故障时也能确保安全。该库封装了创建、延长和释放锁的逻辑。

替代方案：通过数据库实现锁

PostgreSQL 中的锁表

经典方法是为锁创建一个专用表：

CREATE TABLE locks (
    resource VARCHAR(100) PRIMARY KEY,
    locked_by VARCHAR(100),
    locked_at TIMESTAMPTZ DEFAULT NOW(),
    expires_at TIMESTAMPTZ
);

带冲突处理的原子 INSERT：

INSERT INTO locks (resource, locked_by, expires_at)
VALUES (@resource, @locked_by, NOW() + (@timespan || ' seconds')::interval)
ON CONFLICT (resource) DO UPDATE
SET locked_by = EXCLUDED.locked_by,
    expires_at = EXCLUDED.expires_at
WHERE locks.expires_at < NOW()
RETURNING locked_by;

逻辑：

• 如果锁不存在，则创建一个带有 TTL 的新锁。
• 如果锁已过期，则更新它。
• 如果锁处于活动状态，则返回空结果。

要求：

• 每个操作唯一的 resource。
• 唯一的 locked_by（GUID 或实例 ID + 线程 ID）。

隔离级别

SERIALIZABLE 可确保无额外表的情况下实现原子性，但会降低吞吐量。在企业环境中，由于负载原因，数据库管理员很少批准使用它。带有 READ COMMITTED 的 UPSERT 方法更受欢迎。

方法比较

| 方法 | 优点 | 缺点 |

|---------------|-----------------------|-------------------------------|

| .NET 原语 | 简单，低延迟 | 仅限单实例 |

| Mutex | 操作系统级同步 | 不适用于 Docker/Linux，异步问题 |

| 数据库锁 | 数据库集成 | 数据库开销，可扩展性问题 |

| RedLock.NET | 高可用性，TTL | Redis 依赖 |

数据库锁适用于低频简单场景。RedLock.NET 适用于高负载场景，提供强保证。

RedLock.NET 的实际实现

安装：dotnet add package RedLock.net。使用 Redis 端点创建一个 RedLockFactory：

var multiplexer = new ConnectionMultiplexer(...);
var factory = RedLockFactory.Create(...);
using var @lock = await factory.CreateLockAsync(resource, expiry);
if (@lock.IsAcquired) {
    // critical section
}

关键参数：

• resource：字符串标识符（Redis 键）。
• expiry：用于 TTL 的 TimeSpan。
• 法定人数：用于共识的 Redis 节点多数。

故障处理：库通过 IExtensibleLock 自动扩展长时间运行操作的锁。

扩展和最佳实践

• 使用 Redis Sentinel 或 Cluster 实现高可用性。
• 节点间时钟漂移 < 10ms。
• 有效时间 > 2 倍时钟漂移 + 操作时间。
• 监控锁获取失败率。

在生产环境中，与熔断器结合，用于关键代码段中的外部调用。

关键要点

• RedLock.NET 提供基于法定人数的安全性，无单点故障。
• 数据库锁更简单，但易受数据库过载影响，且不可扩展。
• 始终设置 TTL 以防僵尸锁。
• 在负载下测试，模拟网络分区。
• 对于 .NET Core 及更高版本，在容器中避免使用 Mutex。

— Editorial Team