多客户端需要互斥访问(包括读写) redis 共享资源时，需要加分布式锁防止访问冲突。分布式锁应该至少保证以下属性：

1. Safety 属性：访问互斥，同一时刻只有一个客户端能获得锁。
2. Liveness 属性：
   • 避免死锁：即使已获得锁的客户端 crash，也会最终释放锁资源。
   • 容错能力：只要大多数（超过半数）的 redis 服务节点能启动成功，客户端就能获得锁。

首先看只有单个 redis 服务节点的场景，要实现资源锁很简单。大致思路是，尝试写入一个 key，如果不存在且写入成功，则表示获得锁成功。为了避免死锁，需要设置 key 的 TTL(time to live)，保证即使获得锁的客户端 crash 没有主动释放锁，锁资源也不会被永久占用。redis 对应实现如下：

set key {random_value} nx px 10000

上述命令设置 key 的 TTL 时间为 10s，仅当不存在时才设置。{random_value} 是一个随机数，可以通过 /dev/urandom 来生成，或者当前的 timestamp 加 redis 客户端 ID 来设置。
这里 key 的值设为 random_value 而不是 bool(0/1) 的原因是，防止客户端释放由于过期已经被其他客户端获取的锁资源（比如客户端 A 获得锁，锁因为超过 TTL，客户端 B 获得锁。如果 A 客户端直接通过 del key 释放锁会出现误释放，因而需要一个 random_value 来标识）。
对应释放锁的 lua 代码：

-- 判断下释放的锁资源是否为自身获得的锁资源，防止误释放。
if redis.call("get",KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("del",KEYS[1])
else
    return 0
end

单节点存在的问题

当出现节点故障时，没有备份节点会导致整个服务不可用。如果用主从模式，当 master 主节点 crash 时，将资源锁备份到 slave 从节点, 看似提高了稳定性。实际主从模式会违背 Safety 属性的访问互质。由于 master 到 slave 的备份是异步进行的，会出现以下情况：

1. 客户端 A 从 master 获得锁。
2. 在锁备份到 slave 节点之前，master crash。
3. slave 节点成为 master。
4. 客户端 B 从新的 master 节点依然可以获取锁资源，出现客户端 A 和 B 同时获得锁错误。

分布式锁实现

考虑多个独立 master 节点的情况，假设多个 master 节点分布在不同的机器或虚拟机上，各自间的 failover 互补影响。假设有 N 个 master 节点，引入一个名为 RedLock 的分布式锁算法：

1. 客户端记录当前时间的 timestamp。
2. 客户端使用同一个 key 和 random_value 顺序请求 N 个节点获取锁，客户端请求设置一个远小于锁 TTL 的 request_timeout 超时时间，处理节点连接失败的情况，能继续尝试下一节点。比如 TTL 设置为 10s 时，request_timeout 可设置为 10-50ms 等。
3. 客户端当前时间和 1 中获取的时间差(acquire_elapsed)，只有当 acquire_elapsed < TTL 时间，并且客户端成功设置超过半数(N/2 + 1) 个节点时，锁获取成功。
4. 当客户端成功获取锁后，锁的有效时间为 TTL - acquire_elapsed。
5. 如果客户端获取锁失败（设置成功的节点数少于一半，或者设置时间差超过 TTL），回退释放已经成功设置的节点锁。

资源竞争问题

RedLock 算法，在多个客户端并发请求锁时，可能会出现饥饿现象，所有的客户端都只获得了部分资源锁（< N/2 + 1）。可通过错开客户端请求，客户端请求设置随机的 retry 频率来解决。

单点故障

考虑某个已分配锁的节点出现 crash 重启，如果 redis 设置文件持久化方式为异步的，则会出现 key 在节点上写入后还未持久化到磁盘，重启之后 key 不存在情况，可能会出现多个客户端能同时获的锁。如果设置持久化方式为同步的，可以解决问题，但严重影响 redis 性能。
解决方法是，如果某个节点重启，设置节点至少超过 TTL 时间之后才可重启继续使用（延迟重启），这样保证已分配的锁，不会因为该节点的重新加入导致可继续分配。延迟重启方式，在不做任何持久化保证情况下解决了问题。当然也引入副作用，如果超过半数节点出现 crash，整个服务至少在 TTL 时间之后才可用。

参考

1. Redis distributed lock
2. GO redlock