Java中Redisson 的原理深度解析

本文主要是介绍Java中Redisson 的原理深度解析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

《Java中Redisson的原理深度解析》Redisson是一个高性能的Redis客户端,它通过将Redis数据结构映射为Java对象和分布式对象,实现了在Java应用中方便地使用Redis,本文...

前言

Redisson 不仅仅是一个 Redis 客户端，它更是一个在 Redis 基础上实现的 Java 驻内存数据网格（In-Memory Data Grid）。它的核心目标是让 Java 开发者能够以最自然的方式使用 Redis，将复杂的 Redis 命令封装成大家熟悉的 Java 接口（如 java.util.concurrent 包下的接口）。

一、核心设计理念

Redisson 的原理可以概括为：通过 Netty 实现高性能、非阻塞的通信，将 Redis 的数据结构映射为 Java 对象和分布式对象，并在此基础上，利用 Redis 的单线程原子性特性，实现了一系列分布式的、线程安全的 Java 常用工具。

二、核心架构与通信层

1. 基于 Netty 的异步非阻塞通信

Netty 框架：Redisson 使用 Netty 4+ 作为其网络通信框架。这保证了高吞吐量和低延迟的连接管理。它允许同时处理成千上万的连接，而不会为每个连接创建单独的线程。
连接管理：Redisson 维护着一个与 Redis 服务器的连接池（可以是单机、哨兵、集群等模式）。它通过 ConnectionManager 来统一管理这些连接的生命周期、心跳检测、重连机制等。
异步与响应式：所有操作在底层都是异步的。当你调用 get("key") 时，Redisson 会通过 Netty编程将一个请求写入 Channel，然后立即返回一个 RFuture 对象。你可以同步等待这个 Future（future.get()），也可以为其添加监听器进行异步回调。这为构建高并发应用打下了基础。

2. 编解码器

Redisson 使用可插拔的编解码器来序列化/反序列化 Java 对象和 Redis 存储的二进制数据。
默认使用 JacksonjsonCodec，但你也可以选择 StringCodec、AvroCodec 等，或者自定义。这保证了存储格式的灵活性。

三、关键原理详解：如何实现分布式对象与服务

这是 Redisson 最核心、最巧妙的部分。它不仅仅是发送命令，而是在 Redis 的数据结构上构建了一层对象逻辑。

1. 分布式对象

Redisson 将 Redis 的每一种基本数据结构都包装成了一个 Java 对象。

RList：对应 Redis 的 List。当你调用 RList.add(object) 时，Redisson 底层会执行 RPUSHpython 命令。RList 实现了 java.util.List 接口，所以你感觉像是在操作本地集合。
RMap：对应 Redis 的 Hash。实现了 java.util.Map 接口。底层使用 HMSET, HGETALL 等命令。
RSortedSet：对应 Redis 的 Sorted Set。实现了 java.util.SChina编程ortedSet 接口。

原理：这些对象内部持有一个 CommandAsyncExecutor。你的每一个方法调用（如 map.put(key, value)），都会被转换成一个或多个 Redis 命令，并通过 Netty 发送给 Redis 服务器。

2. 分布式集合

这是对分布式对象的扩展，增加了本地缓存功能。例如 RListCache 和 RMapCache。

原理：它们不仅将数据存储在 Redis 中，还会在 JVM 本地内存中缓存一份。它们通过监听 Redis 的发布订阅（Pub/Sub） 频道来保证集群中所有节点的本地缓存一致性。当任何一个节点修改了数据，它会发布一个消息，其他节点收到后，会使自己本地的对应缓存失效。

3. 分布式锁 - 核心亮点

这是 Redisson 最著名的功能。它实现了 java.util.concurrent.locks.Lock 接口。

原理图如下：

Java中Redisson 的原理深度解析

加锁原理（lock() 方法）：

唯一值：每个锁请求都会有一个唯一的 UUID + 线程 ID 作为值。这用于标识锁的持有者，避免其他客户端释放了不属于自己的锁。
Lua 脚本：加锁操作是通过执行一段 Luajavascript 脚本完成的。Lua 脚本在 Redis 中执行是原子性的，这是实现锁的关键。

-- KEYS[1] 是锁的key，ARGV[1] 是锁的过期时间，ARGV[2] 是唯一值
if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then
    -- 锁不存在，则加锁
    redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1);
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);
    return nil;
end;
-- 锁已存在，检查是否是当前线程持有的
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then
    -- 是当前线程，重入次数+1
    redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1);
    redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]);
    return nil;
end;
-- 锁被其他线程占用，返回锁的剩余生存时间
return redis.call('pttl', KEYS[1]);

看门狗（Watchdog）机制：如果客户端没有显式指定锁的超时时间，Redisson 会启动一个看门狗线程。它会在锁过期时间的三分之一左右时，不断延长锁的持有时间（通过 pexpire 命令）。只要 JVM 没有挂掉，这个锁就不会因为超时而被意外释放，从而避免了死锁。如果 JVM 挂掉，看门狗线程也随之停止，锁最终会自动过期。

解锁原理（unlock() 方法）：

Lua 脚本：同样通过 Lua 脚本保证原子性。

-- KEYS[1] 是锁的key，ARGV[1] 是唯一值
if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0) then
    return nil;
end;
-- 重入次数-1
local counter = redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1);
if (counter > 0) then
    -- 如果重入次数还大于0，则重新设置过期时间
    redis.call('pexpire', KEYS[1], 30000);
    return 0;
else
    -- 重入次数为0，删除key
    redis.call('del', KEYS[1]);
    -- 发布一条解锁js消息，通知其他等待的客户端
    redis.call('publish', KEYS[2], ARGV[2]);
    return 1;
end;
return nil;

等待锁的原理：如果获取锁失败，客户端并不会不停地轮询，而是通过 Redis 的发布订阅（Pub/Sub） 功能，订阅一个特定的频道。当锁被释放时，当前持有锁的客户端会发布一个消息（见上面解锁脚本的最后），所有等待的客户端都会收到通知，然后竞争性地再次尝试加锁。这大大减少了不必要的网络请求。

4. 其他同步器（如RSemaphore,RCountDownLatch）

原理与锁类似，都是基于 Redis 的原子性操作（Lua 脚本）和发布订阅机制。

RSemaphore：使用 Redis 的字符串结构存储许可数量。acquire() 减少数量，release() 增加数量。如果没有许可，则通过发布订阅等待。
RCountDownLatch：使用 Redis 的字符串结构存储计数。countDown() 递减计数，await() 等待计数变为0。当计数为0时，通过发布订阅通知所有等待的线程。

四、数据分片与集群支持

Redisson 能够无缝地与 Redis 集群配合工作。

自动重定向：当在集群模式下执行一个命令时，如果返回 -MOVED 错误，Redisson 的 ClusterConnectionManager 会自动更新其 Slot-Node 映射表，并将命令重新路由到正确的节点。
Pipelining：支持在集群模式下将多个命令打包成一个 pipeline 发送，以提高性能。