redis 7.乐观锁、悲观锁，Redis事务，秒杀案例，redisTemplate执行事务操作和LUA脚本

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原创 2022-04-13 21:35:38 5.4w 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

电商库存并发控制解决方案：从乐观锁到Redis原子操作实践库存管理是电商系统的核心技术模块，其核心原理在于保证高并发场景下的数据一致性。通过数据库事务隔离级别、锁机制等并发控制技术，可以有效避免超卖和数据竞争问题。在技术价值层面，健壮的库存系统能够提升用户体验和系统稳定性，支撑秒杀等高并发业务场景。具体到应用场景，电商下单、促销活动等都需要可靠的库存扣减机制。本文针对库存不足异常，详细分析了乐观锁、Redis原子操作、数据库行级锁等多种解决方案，并提供了完整的代码示例和配置优化建议，帮助开发者构建高性能的库存管理系统。阅读详情

一.超卖问题

1.1 出现原因

在多个用户同时发起对同一个商品的下单请求时，先查询商品库存，再修改商品库存，会出现资源竞争问题，导致商品被超卖。

在这里插入图片描述

1.2 乐观锁、悲观锁

1.2.1 悲观锁

对于数据冲突，持一种悲观的态度,先以一种预防的姿态在修改数据之前加锁，然后再对数据进行读写，在它释放锁之前其他任何人不能对其数据进行操作，直到锁被释放。一般关系型数据库的锁机制都是基于悲观锁的，如oracle中select ... for update

特点：完全保证数据的独占性和正确性，但是加锁释放锁的过程会造成消耗性能不高

1.2.2 乐观锁

对于数据冲突，持一种乐观态度，操作数据时不会对操作的数据进行加锁（这使得多个任务可并行操作数据），等到数据提交时再验证数据是否存在冲突(CAS 即 check-and-set 一般通过版本号对比的方式实现);

特点：乐观锁是一种并发类型的锁，本身不对数据进行加锁通而是通过业务实现锁的功能，省掉了对数据加锁和解锁的过程，可一定程度上提高性能。但是在并发非常高的情况下，CAS导致大部分操作无功而返而浪费资源，因此在高并发的场景下，乐观锁的性能反而不如悲观锁。

1.3 redis乐观锁

MULTI 、 EXEC 、 DISCARD 和 WATCH 是 Redis 事务相关的命令；事务带有2个重要属性：
事务是一个单独的隔离操作：事务中的所有命令都会序列化、按顺序地执行。事务在执行的过程中，不会被其他客户端发送来的命令请求所打断。
事务是一个原子操作：事务中的命令要么全部被执行，要么全部都不执行。

1.3.1 MULTI

MULTI 执行之后，客户端可以继续向服务器发送任意多条命令，这些命令不会立即被执行，而是被放到一个队列中
在这里插入图片描述

1.3.2 EXEC

exec命令负责触发并执行事务中的所有命令：
在这里插入图片描述

如果客户端在使用 MULTI 开启了一个事务之后，却因为断线而没有成功执行 EXEC ，那么事务中的所有命令都不会被执行;
如果客户端成功在开启事务之后执行 EXEC ，那么事务中的所有命令都会被执行。

1.3.3 事务中的错误

使用事务时可能会遇上以下两种错误：

事务在执行 EXEC 之前，入队的命令可能会出错。比如，命令可能会产生语法错误（参数数量错误，参数名错误等），或者其他更严重的错误，比如内存不足（如果服务器使用 maxmemory 设置了最大内存限制的话）。从 Redis 2.6.5 开始，服务器会对命令入队失败的情况进行记录，并在客户端调用 EXEC 命令时，拒绝执行并自动放弃这个事务。
在这里插入图片描述

命令可能在 EXEC 调用之后失败。如，事务中的命令可能处理了错误类型的键，比如将列表命令用在了字符串键上面。在 EXEC 命令执行之后所产生的错误，并没有对它们进行特别处理：即使事务中有某个/某些命令在执行时产生了错误，事务中的其他命令仍然会继续执行。
在这里插入图片描述

1.3.4 DISCARD

当执行 DISCARD 命令时，事务会被放弃，事务队列会被清空，并且客户端会从事务状态中退出

在这里插入图片描述

1.3.5 WATCH

WATCH 命令为 Redis 事务提供 check-and-set （CAS）操作。

被 WATCH 的键会被监视是否被改动过了。如果有至少一个被监视的键在 EXEC 执行之前被修改了，那么整个事务都会被取消。
客户端 1启动监听，并正在进行set操作：
在这里插入图片描述
客户端2同时修改键k11的值：

客户端1exec提交事务，执行失败

注：使用UNWATCH 命令可以手动取消对键的监视。

1.4 超卖问题解决

1.4.1 利用乐观锁淘汰用户，解决超卖问题：

在这里插入图片描述

@RestController
@RequestMapping("/redisTest")
public class RedisTestController {
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    @PostMapping("/secKill")
    public boolean testRedis(String uid, String prodid) {
        /*模拟不同用户*/
        Random random = new Random();
        int i = random.nextInt(10000);
        uid = uid + i;
        //1 uid和prodid非空判断
        if (uid == null || prodid == null) {
            return false;
        }

        String kcKey = "sk:" + prodid + ":qt";
        String userKey = "sk:" + prodid + ":user";

        /*redisTemplate 开启事务支持*/
        redisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);
        /*监视库存*/

        redisTemplate.watch(kcKey);
        String kc = redisTemplate.opsForValue().get(kcKey).toString();
        if (kc == null) {
            System.out.println("秒杀还没有开始，请等待");
            return false;
        }
        if (redisTemplate.opsForSet().isMember(userKey, uid)) {
            System.out.println("已经秒杀成功了，不能重复秒杀");
            return false;
        }
        if (Integer.parseInt(kc) <= 0) {
            System.out.println("秒杀已经结束了");
            return false;
        }
        redisTemplate.multi();
        redisTemplate.opsForValue().decrement(kcKey, 1);
        redisTemplate.opsForSet().add(userKey, uid);
        List exec = redisTemplate.exec();
        if (exec == null || exec.size() == 0) {
            System.out.println("秒杀失败，晚了一步，重新秒杀");
            return false;
        }
        return true;
    }
}

使用ab压测工具，执行命令：

ab -n 20000 -c 2000 -k -p ./postfile -T application/x-www-form-urlencoded http://192.168.0.109:8080/redisTest/secKill

在这里插入图片描述
结果发现：

注：

RedisTemplate 的默认配置不支持事务

(a) 在代码中若不添加 redisTemplate.setEnableTransactionSupport(true);则抛出
异常io.lettuce.core.RedisCommandExecutionException: ERR EXEC without MULTI

在这里插入图片描述
此时ab压测仍然发现超卖现象

(b) 更常见的写法仍是采用 RedisTemplate 的默认配置，通过使用 SessionCallback，该接口保证其内部所有操作都是在同一个Session中。

    SessionCallback<Object> callback = new SessionCallback<Object>() {
        @Override
        public Object execute(RedisOperations operations) throws DataAccessException {
            operations.multi();
             添加逻辑
            return operations.exec();
        }
    };
   redisTemplate.execute(callback));

二.库存遗留

2.1 库存遗留

高并发情况下，CAS导致大部分请求失败。
在这里插入图片描述
2000个请求，500的库存，仍然有库存剩余

2.2 LUA脚本

Lua 是一个小巧的脚本语言，Lua脚本可以被C/C++ 代码调用，也可以调用C/C++的函数，
LUA

2.2.1 redis中的LUA脚本

将复杂的或者多步的redis操作，写为一个脚本，一次提交给redis执行，减少反复连接redis的次数。

Redis 使用单个 Lua 解释器去运行所有脚本，保证脚本会以原子性(atomic)的方式执行：当某个脚本正在运行的时候，不会有其他脚本或 Redis 命令被执行。这和使用 MULTI / EXEC 包围的事务很类似。在其他别的客户端看来，脚本的效果(effect)要么是不可见的(not visible)，要么就是已完成的(already completed)。另一方面，这也意味着，执行一个运行缓慢的脚本并不是一个好主意。当不得不使用一些跑得比较慢的脚本时，其他客户端会因为服务器正忙而无法执行命令。

2.2.2 通过lua脚本解决秒杀问题

redis 2.6版本以后，通过lua脚本解决争抢问题，实际上是redis 利用其单线程的特性，用任务队列的方式解决多任务并发问题。

2.2.3 redisTemplate执行LUA脚本

@RestController
@RequestMapping("/redisTest")
public class RedisTestController {
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    String secKillScript = "local userid=KEYS[1];\r\n" +
            "local prodid=KEYS[2];\r\n" +
            "local qtkey='sk:'..prodid..\":qt\";\r\n" +
            "local usersKey='sk:'..prodid..\":usr\";\r\n" +
            "local userExists=redis.call(\"sismember\",usersKey,userid);\r\n" +
            "if tonumber(userExists)==1 then \r\n" +
            "   return 2;\r\n" +
            "end\r\n" +
            "local num= redis.call(\"get\" ,qtkey);\r\n" +
            "if tonumber(num)<=0 then \r\n" +
            "   return 0;\r\n" +
            "else \r\n" +
            "   redis.call(\"decr\",qtkey);\r\n" +
            "   redis.call(\"sadd\",usersKey,userid);\r\n" +
            "end\r\n" +
            "return 1";


    @PostMapping("/secKill")
    public boolean testRedis(String uid, String prodid) {
        /*模拟不同用户*/
        Random random = new Random();
        int i = random.nextInt(10000);
        uid = uid + i;
        //1 uid和prodid非空判断
        if (uid == null || prodid == null) {
            return false;
        }
        //调用lua脚本并执行
        DefaultRedisScript<Long> redisScript = new DefaultRedisScript<>();
        redisScript.setResultType(Long.class);//返回类型是Long
        redisScript.setScriptText(secKillScript);
        Object execute = redisTemplate.execute(redisScript, Arrays.asList(uid, prodid), "mypar");


        String reString = String.valueOf(execute);
        if ("0".equals(reString)) {
            System.err.println("已抢空！！");
            return false;
        } else if ("1".equals(reString)) {
            System.out.println("抢购成功！！！！");
            return true;
        } else if ("2".equals(reString)) {
            System.err.println("该用户已抢过！！");
            return false;
        } else {
            System.err.println("抢购异常！！");
            return false;
        }

    }
}