【Redis】秒杀业务设计、悲观锁与乐观锁-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【Redis】秒杀业务设计、悲观锁与乐观锁。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1 全局ID生成器

一些情境下，使用数据库的ID自增将会产生一些问题。

一方面，自增ID规律性明显，可能被猜测出来并产生一些漏洞
另一方面，当数据量很大很大很大时，单表数据量可能会受到限制，需要分表，多个表之间的ID自增策略受限

【Redis】秒杀业务设计、悲观锁与乐观锁,redis,数据库,缓存

@Component
public class RedisIdWorker {
    /**
     * 开始时间戳
     */
    private static final long BEGIN_TIMESTAMP = 1640995200L;
    /**
     * 序列号的位数
     */
    private static final int COUNT_BITS = 32;

    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public RedisIdWorker(StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    /**
     * 根据KeyPrefix生成Id，key为 "icr:" + keyPrefix + ":" + date，每天一个Key，方便统计订单量
     * @param keyPrefix
     * @return
     */
    public long nextId(String keyPrefix) {
        
        // 1、生成时间戳
        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        // 转换成当前的秒数
        long second = now.toEpochSecond(ZoneOffset.UTC);
        long timeStamp = second - BEGIN_TIMESTAMP;

        // 2、构造存入的key，并增加count值
        String date = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM:dd"));
        Long count = stringRedisTemplate.opsForValue().increment("icr:" + keyPrefix + ":" + date);

        // 3、拼接并返回
        return timeStamp << COUNT_BITS | count;
    }
}

测试：

	// 建一个线程池
    private ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(500);

    @Test
    void testIdWorker() throws InterruptedException {
        // 如果没有CountDownLatch ，
        // 由于程序是异步的，当异步程序没有执行完时，主线程就已经执行完了，
        // 我们期望的是分线程全部走完之后，主线程再走，所以我们此时需要使用到CountDownLatch
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(300);

        // 所以使用await可以让main线程阻塞，什么时候main线程不再阻塞呢？
        // 当CountDownLatch内部维护的变量变为0时，就不再阻塞，直接放行，
        // 调用一次countDown ，内部变量就减少1，我们让分线程和变量绑定， 执行完一个分线程就减少一个变量，
        // 当分线程全部走完，CountDownLatch 维护的变量就是0，此时await就不再阻塞
        
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                long id = redisIdWorker.nextId("order");
                System.out.println("id = " + id);
            }
            latch.countDown();
        };

        long begin = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 300; i++) {
            es.submit(task);
        }
        latch.await();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("time = " + (end - begin));
    }

Runnable接口是一个函数式接口，即只有一个方法。可以通过Lambda函数指定其run方法对应的代码。

2 秒杀下单

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Q1：是否在抢购时间内
Q2：库存是否充足
Q3：多个用户并发访问同一张优惠券，需要加锁

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乐观锁

在更新数据时去判断有没有其他线程对数据进行了修改。

版本号法：设置一个版本号，每次操作数据会对版本号+1，再提交回数据时，会去校验是否比之前的版本大1 ，如果大1，意味着操作过程中没有人对他进行过修改，则进行操作成功。

CAS法(compare and set)：直接使用Stock进行判断，检查修改时库存是否大于0。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mjCxJfYb-1688908161477)(【Redis】秒杀业务设计与分析/image-20230708232543952.png)]

	@Override
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        // 1、查询优惠券信息
        SeckillVoucher seckillVoucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);

        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        LocalDateTime begin = seckillVoucher.getBeginTime();
        LocalDateTime end = seckillVoucher.getEndTime();

        if (now.isBefore(begin)) {
            return Result.fail("秒杀尚未开始！");
        }

        if (now.isAfter(end)) {
            return Result.fail("秒杀已经结束！");
        }

        int stock = seckillVoucher.getStock();
        if (stock <= 0) {
            return Result.fail("库存不足");
        }

        // 2、购买优惠券，加入Order表，Stock更新
        boolean success = seckillVoucherService.update()
                .setSql("stock = stock - 1")
                .eq("voucher_id", voucherId).gt("stock", 0).update();

        if (!success) {
            return Result.fail("库存不足");
        }

        VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
        Long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
        voucherOrder.setId(orderId);
        voucherOrder.setUserId(UserHolder.getUser().getId());
        voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
        save(voucherOrder);

        return Result.ok(orderId);
    }

一人一单：悲观锁

当同一个用户同时向数据库发送多条相同请求时，由于多个请求查找到数据库的结果相同，多个请求均有可能满足条件进行购买，从而产生错误。
需要对同一个user的购买操作加锁。

将购买逻辑(是否购买过，更新stock，加入order表)封装为一个事务，必须把查询订单信息放在这个函数里，而不是外面。如果先在外面判断是否购买过优惠券，再放入该函数，相当于没有加上锁：

	@Override
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public Result createVoucherOrder(Long voucherId) {
        // 2、查询订单信息：
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        long count = query().eq("user_id", userId).eq("voucher_id", voucherId).count();
        if (count > 0) {
            return Result.fail("您已购买过这张优惠券，不能重复购买");
        }

        // 3、购买优惠券，Stock更新，加入Order表
        boolean success = seckillVoucherService.update()
                .setSql("stock = stock - 1")
                .eq("voucher_id", voucherId).gt("stock", 0).update();

        if (!success) {
            return Result.fail("库存不足");
        }

        VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
        Long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
        voucherOrder.setId(orderId);
        voucherOrder.setUserId(UserHolder.getUser().getId());
        voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
        save(voucherOrder);

        return Result.ok(orderId);
    }

2、如果直接在上述方法上加锁，锁的粒度太粗，不同的用户进入该方法时也会被锁住。因此在调用上述方法时，对userId.toString.intern()加锁，保证相同的userId从常量池中拿到的数据为同一个对象。同时，为了使事务注解生效，需要调用代理对象 AopContext.currentProxy()而不是该对象本身的方法。

	@Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        // 1、查询优惠券信息
        SeckillVoucher seckillVoucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);

        LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
        LocalDateTime begin = seckillVoucher.getBeginTime();
        LocalDateTime end = seckillVoucher.getEndTime();

        if (now.isBefore(begin)) {
            return Result.fail("秒杀尚未开始！");
        }

        if (now.isAfter(end)) {
            return Result.fail("秒杀已经结束！");
        }

        int stock = seckillVoucher.getStock();
        if (stock <= 0) {
            return Result.fail("库存不足");
        }

        // 2、查询订单信息：
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        
        synchronized (userId.toString().intern()) {
            IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        }

    }

由于默认不可获得代理对象，需要在启动类上加入注释：

@EnableAspectJAutoProxy(exposeProxy = true)

并加入maven依赖：

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.aspectj</groupId>
            <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
            <version>1.9.5</version>
        </dependency>

3 分布式锁

满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

使用MySQL比较少，Redis和Zookeeper比较常见。

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3.1 Redis实现分布式锁

获取锁：
- 互斥：确保只能有一个线程获取锁
- 非阻塞：尝试一次，成功返回true，失败返回false
释放锁：
- 手动释放：只能释放属于该线程的锁
- 超时释放：获取锁时添加一个超时时间


@Component
public class SimpleRedisLock {
    /**
     * 标识这个锁
     */
    private System name;
    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";
    /**
     * 由于不同的JVM可能有相同的线程号，所以需要ID_PREFIX来表示属于哪个服务，拼接threadId来唯一标识线程
     */
    private static final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID() + "-";

    @Resource
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        // 设置锁的值为获得当前锁的线程
        long threadId = Thread.currentThread().threadId();
        // 尝试获得锁，设置锁的过期时间以防止死锁
        return Boolean.TRUE.equals(
                stringRedisTemplate.opsForValue()
                        .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, ID_PREFIX + threadId, 
                                     timeoutSec, TimeUnit.SECONDS)
        );
    }

    public void unlock() {
        // 先判断当前线程有没有资格删掉这个锁，即redis中存储的线程id和当前线程id是否一致
        String threadId = ID_PREFIX + Thread.currentThread().threadId();
        String id = stringRedisTemplate.opsForValue().get(KEY_PREFIX + name);
        // 如果这个锁确实是当前服务器上 & 当前线程的锁
        if (threadId.equals(id)) {
            stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
        }
    }

}

        Long userId = UserHolder.getUser().getId();

        SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);

        // 获取锁失败，已有线程进入该段逻辑
        if (!lock.tryLock(1200)) {
            return Result.fail("请勿重复下单");
        }

        try {
            IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }

启动两个SpringBoot服务模拟分布式进行测试：

E:\leetcode\project_pre\Dianping\Front\conf\nginx.conf

			# proxy_pass http://127.0.0.1:8081;
            proxy_pass http://backend;
        }
    }

    upstream backend {
        server 127.0.0.1:8081 max_fails=5 fail_timeout=10s weight=1;
        server 127.0.0.1:8082 max_fails=5 fail_timeout=10s weight=1;
    }

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可以使用LUA脚本进一步保证拿锁/还锁的原子性

3.2 Redisson实现分布式锁

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3.2.1 maven依赖

        <dependency>
            <groupId>org.redisson</groupId>
            <artifactId>redisson</artifactId>
            <version>3.13.6</version>
        </dependency>

3.2.2 使用示例

 @Test
    void testRedisson() throws Exception{
        // 创建锁对象
        RLock lock = redissonClient.getLock("anyLock");
        //尝试获取锁，参数分别是：获取锁的最大等待时间(期间会重试)，锁自动释放时间，时间单位
        boolean isLock = lock.tryLock(1, 10, TimeUnit.SECONDS);
        //判断获取锁成功
        if(isLock){
            try{
                System.out.println("执行业务");
            }finally{
                //释放锁
                lock.unlock();
            }
        }
    }

ServiceImpl

		RLock lock = redissonClient.getLock("order:" + userId);

        // 获取锁失败，已有线程进入该段逻辑
        if (!lock.tryLock()) {
            return Result.fail("请勿重复下单");
        }

        try {
            IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }

3.3 Redisson可重入锁原理

逻辑如下右图：

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method1调用method2，一个线程连续两次获取锁：重入。

在Lock锁中借助底层的一个voaltile的state变量来记录重入的状态。

比如当前没有人持有这把锁，那么state=0
假如有人持有这把锁，那么state=1，如果持有这把锁的人再次持有这把锁，那么state就会+1 ，
释放一次就-1 ，直到减少成0 时，表示当前这把锁没有被人持有

采用hash结构用来存储锁，其中大key表示表示这把锁是否存在，用小key表示当前这把锁被哪个线程持有。

KEYS[1]：锁名称

ARGV[1]：锁失效时间

ARGV[2]： id + ":" + threadId，锁的小key

			 如果当前这把锁不存在，向redis中写一个hash数据并设置expire
			  "if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 0) then " +
                  "redis.call('hset', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                  "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                  "return nil; " +
              "end; " +
			  如果这个锁已经存在，通过大key + 小key判断当前这把锁是否是属于自己的，如果是自己的，+1，重置锁时间
              "if (redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[2]) == 1) then " +
                  "redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[2], 1); " +
                  "redis.call('pexpire', KEYS[1], ARGV[1]); " +
                  "return nil; " +
              "end; " +
              "return redis.call('pttl', KEYS[1]);"

3.4 Redisson锁重试与WatchDog机制

waitTime，leaseTime

boolean isLock = lock.tryLock(1, 10, TimeUnit.SECONDS);

第一个参数为重试等待时间，加入该参数以后，成为一个可重试的锁。

第二个参数为持有锁时间，默认为30s。

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3.5 主从一致性问题

为了提高Redis的可用性，我们会搭建集群或者主从。

以主从为例：我们执行写命令，写在主机上，主机会将数据同步给从机。但是假设在主机还没有来得及把数据写入到从机去的时候，此时主机宕机，哨兵会发现主机宕机，并且选举一个slave变成master，而此时新的master中实际上并没有锁信息，此时锁信息就丢失了。

为了解决这个问题，Redisson提出来了MutiLock锁，每个节点的地位都是一样的，加锁的逻辑需要写入到每一个主丛节点上，只有所有的服务器都写入成功，此时才是加锁成功。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-539346.html

到了这里，关于【Redis】秒杀业务设计、悲观锁与乐观锁的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！

【Redis】秒杀业务设计、悲观锁与乐观锁

1 全局ID生成器

2 秒杀下单

乐观锁

一人一单：悲观锁

3 分布式锁

3.1 Redis实现分布式锁

3.2 Redisson实现分布式锁

3.2.1 maven依赖

3.2.2 使用示例

3.3 Redisson可重入锁原理

3.4 Redisson锁重试与WatchDog机制

3.5 主从一致性问题

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