Python实现分布式锁详解（基于Redis的高可用并发控制方案）

什么是分布式锁？

普通单机程序可以使用线程锁（如 threading.Lock）来控制并发。但在分布式环境中，多个服务部署在不同机器上，彼此无法直接共享内存，因此需要一个外部协调者（如 Redis、ZooKeeper 或 etcd）来提供锁服务。

Redis 因其高性能、原子操作支持（如 SETNX）和广泛使用，成为实现分布式锁的首选工具之一。

使用 Redis 实现 Python 分布式锁

Redis 提供了 SET key value NX PX milliseconds 命令，它可以在设置键值的同时指定“仅当 key 不存在时才设置”（NX）和“自动过期时间”（PX），这正是实现安全分布式锁的关键。

安装依赖

首先，确保你已安装 Redis 并运行。然后在 Python 中安装 redis 库：

pip install redis

基础版分布式锁实现

下面是一个简单的分布式锁类，使用 Redis 的 SET 命令实现加锁与释放：

import redisimport timeimport uuidclass DistributedLock:    def __init__(self, redis_client, lock_key, expire_time=10):        self.redis_client = redis_client        self.lock_key = lock_key        self.expire_time = expire_time  # 锁自动过期时间（秒）        self.lock_value = str(uuid.uuid4())  # 唯一标识当前锁持有者    def acquire(self):        """尝试获取锁，成功返回 True，失败返回 False"""        result = self.redis_client.set(            self.lock_key,            self.lock_value,            nx=True,      # 仅当 key 不存在时才设置            px=self.expire_time * 1000  # 毫秒为单位的过期时间        )        return result is True    def release(self):        """安全释放锁：只有锁的持有者才能释放"""        # 使用 Lua 脚本保证原子性        lua_script = """        if redis.call("get", KEYS[1]) == ARGV[1] then            return redis.call("del", KEYS[1])        else            return 0        end        """        self.redis_client.eval(lua_script, 1, self.lock_key, self.lock_value)

使用示例

下面是如何在业务逻辑中使用这个锁：

# 初始化 Redis 客户端r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, decode_responses=True)# 创建锁实例lock = DistributedLock(r, "my_resource_lock", expire_time=15)try:    if lock.acquire():        print("成功获取锁，正在处理关键资源...")        # 模拟业务逻辑        time.sleep(5)        print("关键资源处理完成！")    else:        print("未能获取锁，其他进程正在使用资源。")finally:    # 确保释放锁    lock.release()

为什么需要 Lua 脚本释放锁？

直接使用 DEL 命令删除锁是危险的！因为可能在你获取锁后、执行业务前，锁因超时被自动删除，另一个进程获得了新锁。此时如果你还用旧的锁值去删，就会误删别人的锁。

通过 Lua 脚本，我们先检查当前锁的值是否等于自己的唯一 ID，只有匹配才删除，从而保证 释放操作的原子性和安全性。这是实现健壮 分布式系统锁机制 的关键细节。

进阶建议

• 考虑使用 Redlock 算法（由 Redis 作者提出）提高在 Redis 集群下的可靠性。
• 设置合理的过期时间，避免死锁；同时可加入“看门狗”机制自动续期。
• 在生产环境中，务必处理网络分区、Redis 故障等异常情况。

总结

通过本文，你已经掌握了如何用 Python 和 Redis 构建一个基本但安全的分布式锁。这种技术广泛应用于电商秒杀、库存扣减、任务调度等场景，是保障 Python并发控制 正确性的基石。

记住：分布式锁不是银弹，设计时要权衡性能、一致性和可用性。希望这篇教程能为你在构建高可用分布式系统时提供实用参考！