Springboot整合Redis實(shí)現(xiàn)超賣問題還原和流程分析(分布式鎖)

更新時間：2021年10月21日 15:37:47 作者：fastjson_

最近在研究超賣的項(xiàng)目，寫一段簡單正常的超賣邏輯代碼，多個用戶同時操作同一段數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，糾結(jié)該如何處理呢？下面小編給大家?guī)砹薙pringboot整合Redis實(shí)現(xiàn)超賣問題還原和流程分析，感興趣的朋友一起看看吧

超賣簡單代碼

寫一段簡單正常的超賣邏輯代碼，多個用戶同時操作同一段數(shù)據(jù)，探究出現(xiàn)的問題。

Redis中存儲一項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，請求對應(yīng)接口，獲取商品數(shù)量信息；
商品數(shù)量信息如果大于0，則扣減1，重新存儲Redis中；
運(yùn)行代碼測試問題。

/**
 * Redis數(shù)據(jù)庫操作，超賣問題模擬
 * @author 
 *
 */
@RestController
public class RedisController {
	
	// 引入String類型redis操作模板
	@Autowired
	private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
 
 
	// 測試數(shù)據(jù)設(shè)置接口
	@RequestMapping("/setStock")
	public String setStock() {
		stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", "100");
		return "ok";
	}
	
	// 模擬商品超賣代碼
	@RequestMapping("/deductStock")
	public String deductStock() {
		// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
		Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
		// 減庫存
		if(stock > 0) {
			int realStock = stock -1;
			stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
			System.out.println("商品扣減成功，剩余商品："+realStock);
		}else {
			System.out.println("庫存不足.....");
		}
		return "end";
	}
}

超賣問題

單服務(wù)器單應(yīng)用情況下

在單應(yīng)用模式下，使用jmeter壓測。

測試結(jié)果：

每個請求相當(dāng)于一個線程，當(dāng)幾個線程同時拿到數(shù)據(jù)時，線程A拿到庫存為84，這個時候線程B也進(jìn)入程序，并且搶占了CPU，訪問庫存為84，最后兩個線程都對庫存減一，導(dǎo)致最后修改為83，實(shí)際上多賣出去了一件

既然線程和線程之間，數(shù)據(jù)處理不一致，能否使用synchronized加鎖測試？

設(shè)置synchronized

依舊還是先測試單服務(wù)器

    // 模擬商品超賣代碼,
	// 設(shè)置synchronized同步鎖
	@RequestMapping("/deductStock1")
	public String deductStock1() {
		synchronized (this) {
			// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
			Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
			// 減庫存
			if(stock > 0) {
				int realStock = stock -1;
				stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
				System.out.println("商品扣減成功，剩余商品："+realStock);
			}else {
				System.out.println("庫存不足.....");
			}
		}
		return "end";
	}

數(shù)量100

重新壓測，得到的日志信息如下所示：

在單機(jī)模式下，添加synchronized關(guān)鍵字，的確能夠避免商品的超賣現(xiàn)象！

但是在分布式微服務(wù)中，針對該服務(wù)設(shè)置了集群，synchronized依舊還能保證數(shù)據(jù)的正確性嗎？

假設(shè)多個請求，被注冊中心負(fù)載均衡，每個微服務(wù)中的該處理接口，都添加有synchronized，

依然會出現(xiàn)類似的超賣問題：

synchronized只是針對單一服務(wù)器的JVM進(jìn)行加鎖，但是分布式是很多個不同的服務(wù)器，導(dǎo)致兩個線程或多個在不同服務(wù)器上共同對商品數(shù)量信息做了操作！

Redis實(shí)現(xiàn)分布式鎖

在Redis中存在一條命令setnx (set if not exists)

setnx key value
如果不存在key，則可以設(shè)置成功；否則設(shè)置失敗。

修改處理接口，增加key

// 模擬商品超賣代碼
	@RequestMapping("/deductStock2")
	public String deductStock2() {
		// 創(chuàng)建一個key，保存至redis
		String key = "lock";
		// setnx
		// 由于redis是一個單線程，執(zhí)行命令采取“隊(duì)列”形式排隊(duì)！
		// 優(yōu)先進(jìn)入隊(duì)列的命令先執(zhí)行，由于是setnx，第一個執(zhí)行后，其他操作執(zhí)行失敗。
		boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "this is lock");
		// 當(dāng)不存在key時，可以設(shè)置成功，回執(zhí)true；如果存在key，則無法設(shè)置，返回false
		if (!result) {
			// 前端監(jiān)測，redis中存在，則不能讓這個搶購操作執(zhí)行，予以提示！
			return "err";
		}
		
		// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
		Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
		// 減庫存
		if(stock > 0) {
			int realStock = stock -1;
			stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
			System.out.println("商品扣減成功，剩余商品："+realStock);
		}else {
			System.out.println("庫存不足.....");
		}
 
        // 程序執(zhí)行完成，則刪除這個key
		stringRedisTemplate.delete(key);
 
		return "end";
	}

1、請求進(jìn)入接口中，如果redis中不存在key，則會新建一個setnx；如果存在，則不會新建，同時返回錯誤編碼，不會繼續(xù)執(zhí)行搶購邏輯。
2、當(dāng)創(chuàng)建成功后，執(zhí)行搶購邏輯。
3、搶購邏輯執(zhí)行完成后，刪除數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的setnx的key。讓其他請求能夠設(shè)置并操作。

這種邏輯來說比之前單一使用syn合理的多，但是如果執(zhí)行搶購操作中出現(xiàn)了異常，導(dǎo)致這個key無法被刪除。以至于其他處理請求，一直無法拿到key，程序邏輯死鎖！

可以采取try … finally進(jìn)行操作

/**
	 * 模擬商品超賣代碼 設(shè)置
	 *
	 * @return
	 */
	@RequestMapping("/deductStock3")
	public String deductStock3() {
		// 創(chuàng)建一個key，保存至redis
		String key = "lock";
		// setnx
		// 由于redis是一個單線程，執(zhí)行命令采取隊(duì)列形式排隊(duì)！優(yōu)先進(jìn)入隊(duì)列的命令先執(zhí)行，由于是setnx，第一個執(zhí)行后，其他操作執(zhí)行失敗
		boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "this is lock");
		// 當(dāng)不存在key時，可以設(shè)置成功，回執(zhí)true；如果存在key，則無法設(shè)置，返回false
		if (!result) {
			// 前端監(jiān)測，redis中存在，則不能讓這個搶購操作執(zhí)行，予以提示！
			return "err";
		}
 
		try {
			// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
			Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
			// 減庫存
			if (stock > 0) {
				int realStock = stock - 1;
				stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
				System.out.println("商品扣減成功，剩余商品：" + realStock);
			} else {
				System.out.println("庫存不足.....");
			}
		} finally {
			// 程序執(zhí)行完成，則刪除這個key
			// 放置于finally中，保證即使上述邏輯出問題，也能del掉
			stringRedisTemplate.delete(key);
		}
 
		return "end";
	}

這個邏輯相比上面其他的邏輯來說，顯得更加的嚴(yán)謹(jǐn)。

但是，如果一套服務(wù)器，因?yàn)閿嚯?、系統(tǒng)崩潰等原因出現(xiàn)宕機(jī)，導(dǎo)致本該執(zhí)行finally中的語句未成功執(zhí)行完成?。⊥瑯映霈F(xiàn)key一直存在，導(dǎo)致死鎖！

通過超時間解決上述問題

在設(shè)置成功setnx后，以及搶購代碼邏輯執(zhí)行前，增加key的限時。

/**
	 * 模擬商品超賣代碼 設(shè)置setnx保證分布式環(huán)境下，數(shù)據(jù)處理安全行問題；<br>
	 * 但如果某個代碼段執(zhí)行異常，導(dǎo)致key無法清理，出現(xiàn)死鎖，添加try...finally;<br>
	 * 如果某個服務(wù)因某些問題導(dǎo)致釋放key不能執(zhí)行，導(dǎo)致死鎖，此時解決思路為：增加key的有效時間;<br>
	 * 為了保證設(shè)置key的值和設(shè)置key的有效時間，兩條命令構(gòu)成同一條原子命令，將下列邏輯換成其他代碼。
	 *
	 * @return
	 */
	@RequestMapping("/deductStock4")
	public String deductStock4() {
		// 創(chuàng)建一個key，保存至redis
		String key = "lock";
		// setnx
		// 由于redis是一個單線程，執(zhí)行命令采取隊(duì)列形式排隊(duì)！優(yōu)先進(jìn)入隊(duì)列的命令先執(zhí)行，由于是setnx，第一個執(zhí)行后，其他操作執(zhí)行失敗
		//boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "this is lock");
 
		//讓設(shè)置key和設(shè)置key的有效時間都可以同時執(zhí)行
		boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, "this is lock", 10, TimeUnit.SECONDS);
 
		// 當(dāng)不存在key時，可以設(shè)置成功，回執(zhí)true；如果存在key，則無法設(shè)置，返回false
		if (!result) {
			// 前端監(jiān)測，redis中存在，則不能讓這個搶購操作執(zhí)行，予以提示！
			return "err";
		}
		// 設(shè)置key有效時間
		//stringRedisTemplate.expire(key, 10, TimeUnit.SECONDS);
 
		try {
			// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
			Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
			// 減庫存
			if (stock > 0) {
				int realStock = stock - 1;
				stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
				System.out.println("商品扣減成功，剩余商品：" + realStock);
			} else {
				System.out.println("庫存不足.....");
			}
		} finally {
			// 程序執(zhí)行完成，則刪除這個key
			// 放置于finally中，保證即使上述邏輯出問題，也能del掉
			stringRedisTemplate.delete(key);
		}
 
		return "end";
	}

但是上述代碼的邏輯中依舊會有問題：

如果處理邏輯中，出現(xiàn)超時問題。
當(dāng)邏輯執(zhí)行時，時間超過設(shè)定key有效時間，此時會出現(xiàn)什么問題？

從上圖可以清楚的發(fā)現(xiàn)問題：
如果一個請求執(zhí)行時間超過了key的有效時間。
新的請求執(zhí)行過來時，必然可以拿到key并設(shè)置時間；
此時的redis中保存的key并不是請求1的key，而是別的請求設(shè)置的。
當(dāng)請求1執(zhí)行完成后，此處刪除key，刪除的是別的請求設(shè)置的key！

依然出現(xiàn)了key形同虛設(shè)的問題！如果失效一直存在，超賣問題依舊不會解決。

通過key設(shè)置值匹配的方式解決形同虛設(shè)問題

既然出現(xiàn)key形同虛設(shè)的現(xiàn)象，是否可以增加條件，當(dāng)finally中需要執(zhí)行刪除操作時，獲取數(shù)據(jù)判斷值是否是該請求中對應(yīng)的，如果是則刪除，不是則不管！

修改上述代碼如下所示：

/**
	 * 模擬商品超賣代碼 <br>
	 * 解決`deductStock6`中，key形同虛設(shè)的問題。
	 *
	 * @return
	 */
	@RequestMapping("/deductStock5")
	public String deductStock5() {
		// 創(chuàng)建一個key，保存至redis
		String key = "lock";
		String lock_value = UUID.randomUUID().toString();
		// setnx
		//讓設(shè)置key和設(shè)置key的有效時間都可以同時執(zhí)行
		boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, lock_value, 10, TimeUnit.SECONDS);
		// 當(dāng)不存在key時，可以設(shè)置成功，回執(zhí)true；如果存在key，則無法設(shè)置，返回false
		if (!result) {
			// 前端監(jiān)測，redis中存在，則不能讓這個搶購操作執(zhí)行，予以提示！
			return "err";
		}
		try {
			// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
			Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
			// 減庫存
			if (stock > 0) {
				int realStock = stock - 1;
				stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
				System.out.println("商品扣減成功，剩余商品：" + realStock);
			} else {
				System.out.println("庫存不足.....");
			}
		} finally {
			// 程序執(zhí)行完成，則刪除這個key
			// 放置于finally中，保證即使上述邏輯出問題，也能del掉
 
			// 判斷redis中該數(shù)據(jù)是否是這個接口處理時的設(shè)置的，如果是則刪除
			if(lock_value.equalsIgnoreCase(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key))) {
				stringRedisTemplate.delete(key);
			}
		}
		return "end";
	}

由于獲得鎖的線程必須執(zhí)行完減庫存邏輯才能釋放鎖，所以在此期間所有其他的線程都會由于沒獲得鎖，而直接結(jié)束程序，導(dǎo)致有很多庫存根本沒有賣出去，所以這里應(yīng)該可以優(yōu)化，讓沒獲得鎖的線程等待，或者循環(huán)檢查鎖

最終版

我們將鎖封裝到一個實(shí)體類中，然后加入兩個方法，加鎖和解鎖

@Component
public class RedisLock {
    private final Logger log = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
 
    private final long acquireTimeout = 10*1000;    // 獲取鎖之前的超時時間(獲取鎖的等待重試時間)
    private final int timeOut = 20;   // 獲取鎖之后的超時時間(防止死鎖)
 
    @Autowired
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;  // 引入String類型redis操作模板
 
    /**
     * 獲取分布式鎖
     * @return 鎖標(biāo)識
     */
    public boolean getRedisLock(String lockName,String lockValue) {
        // 1.計算獲取鎖的時間
        Long endTime = System.currentTimeMillis() + acquireTimeout;
        // 2.嘗試獲取鎖
        while (System.currentTimeMillis() < endTime) {
            //3. 獲取鎖成功就設(shè)置過期時間 讓設(shè)置key和設(shè)置key的有效時間都可以同時執(zhí)行
            boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockName, lockValue, timeOut, TimeUnit.SECONDS);
            if (result) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
 
 
    /**
     * 釋放分布式鎖
     * @param lockName 鎖名稱
     * @param lockValue 鎖值
     */
    public void unRedisLock(String lockName,String lockValue) {
        if(lockValue.equalsIgnoreCase(stringRedisTemplate.opsForValue().get(lockName))) {
            stringRedisTemplate.delete(lockName);
        }
    }
}

@RestController
public class RedisController {
	
	// 引入String類型redis操作模板
	@Autowired
	private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
	@Autowired
	private RedisLock redisLock;
 
 
	@RequestMapping("/setStock")
	public String setStock() {
		stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", "100");
		return "ok";
	}
 
	@RequestMapping("/deductStock")
	public String deductStock() {
		// 創(chuàng)建一個key，保存至redis
		String key = "lock";
		String lock_value = UUID.randomUUID().toString();
		try {
			boolean redisLock = this.redisLock.getRedisLock(key, lock_value);//獲取鎖
			if (redisLock)
			{
				// 獲取Redis數(shù)據(jù)庫中的商品數(shù)量
				Integer stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
				// 減庫存
				if (stock > 0) {
					int realStock = stock - 1;
					stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", String.valueOf(realStock));
					System.out.println("商品扣減成功，剩余商品：" + realStock);
				} else {
					System.out.println("庫存不足.....");
				}
			}
		} finally {
			redisLock.unRedisLock(key,lock_value);   //釋放鎖
		}
		return "end";
	}
}

可以看到失敗的線程不會直接結(jié)束，而是會嘗試重試，一直到重試結(jié)束時間，才會結(jié)束

實(shí)際上這個最終版依然存在3個問題

1、在finally流程中，由于是先判斷在處理。如果判斷條件結(jié)束后，獲取到的結(jié)果為true。但是在執(zhí)行del操作前，此時jvm在執(zhí)行GC操作(為了保證GC操作獲取GC roots根完全，會暫停java程序)，導(dǎo)致程序暫停。GC操作執(zhí)行完成后(暫?；謴?fù)后)，執(zhí)行del操作，但是此時的key還在當(dāng)前加鎖的key么？

2、問題如圖所示