C++语言分布式锁实现（从零开始构建高可用分布式锁机制）

前置准备

• 安装 Redis 服务器（本地或远程）
• 安装 C++ Redis 客户端库 hiredis
• 熟悉基本的 C++ 编程和网络概念

核心原理：Redlock 算法简化版

我们将实现一个简化但安全的分布式锁，关键点包括：

• 使用 SET key value NX PX timeout 命令原子地设置锁
• value 使用唯一标识（如 UUID），用于解锁时验证所有权
• 设置自动过期时间，防止死锁

C++ 实现代码详解

以下是一个完整的 C++实现分布式锁 示例，使用 hiredis 库连接 Redis：

// distributed_lock.h#ifndef DISTRIBUTED_LOCK_H#define DISTRIBUTED_LOCK_H#include <string>#include <memory>extern "C" {#include <hiredis/hiredis.h>}class DistributedLock {public:    DistributedLock(const std::string& host, int port,                     const std::string& lockKey,                     long expireMs = 10000);    ~DistributedLock();    bool acquire();    void release();private:    redisContext* ctx_;    std::string lockKey_;    std::string lockValue_; // 唯一标识，用于验证锁持有者    long expireMs_;};#endif // DISTRIBUTED_LOCK_H  

// distributed_lock.cpp#include "distributed_lock.h"#include <iostream>#include <random>#include <chrono>// 生成唯一ID（简化版）std::string generateUUID() {    static std::random_device rd;    static std::mt19937 gen(rd());    std::uniform_int_distribution<> dis(1, 1000000);    return std::to_string(dis(gen));}DistributedLock::DistributedLock(const std::string& host, int port,                                 const std::string& lockKey, long expireMs)    : lockKey_(lockKey), expireMs_(expireMs) {    ctx_ = redisConnect(host.c_str(), port);    if (!ctx_ || ctx_->err) {        std::cerr << "Redis connection error: " << (ctx_ ? ctx_->errstr : "Unknown") << std::endl;        if (ctx_) redisFree(ctx_);        ctx_ = nullptr;    }    lockValue_ = generateUUID();}DistributedLock::~DistributedLock() {    if (ctx_) {        redisFree(ctx_);    }}bool DistributedLock::acquire() {    if (!ctx_) return false;    // 构造 SET 命令：SET lockKey lockValue NX PX expireMs    redisReply* reply = (redisReply*)redisCommand(ctx_,         "SET %s %s NX PX %ld",         lockKey_.c_str(), lockValue_.c_str(), expireMs_);    bool success = false;    if (reply && reply->type != REDIS_REPLY_ERROR &&         reply->str && std::string(reply->str) == "OK") {        success = true;    }    if (reply) freeReplyObject(reply);    return success;}void DistributedLock::release() {    if (!ctx_) return;    // Lua 脚本确保原子性：只有持有者才能释放    std::string script =         "if redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1] then "        "return redis.call('DEL', KEYS[1]) "        "else return 0 end";    redisReply* reply = (redisReply*)redisCommand(ctx_,         "EVAL %s 1 %s %s",         script.c_str(), lockKey_.c_str(), lockValue_.c_str());    if (reply) freeReplyObject(reply);}  

使用示例

#include "distributed_lock.h"#include <thread>#include <chrono>int main() {    DistributedLock lock("127.0.0.1", 6379, "my_resource_lock", 10000);    if (lock.acquire()) {        std::cout << "成功获取分布式锁！\n";        // 模拟临界区操作        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));        lock.release();        std::cout << "已释放分布式锁。\n";    } else {        std::cout << "获取锁失败，可能已被其他节点持有。\n";    }    return 0;}  

编译与运行

确保已安装 hiredis，然后使用以下命令编译：

g++ -o lock_example distributed_lock.cpp -lhiredis -pthread

注意事项与最佳实践

• 锁过期时间应大于业务处理时间，但不宜过长，避免资源长时间被占用。
• 解锁必须使用 Lua 脚本保证原子性，防止误删他人锁（这是 Redis分布式锁C++ 实现中的关键安全点）。
• 生产环境中建议使用 Redlock 算法或多 Redis 实例提高可靠性。
• 考虑网络分区、Redis 故障等异常场景，设计重试和降级策略。

总结

通过本文，你已经掌握了如何用 C++ 实现一个基础但可靠的分布式锁。这种 分布式系统锁机制 是构建高并发、高可用微服务架构的重要基石。希望你能将所学应用到实际项目中，并不断优化你的分布式系统设计！

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