SpringCloudAlibaba 微服务库存扣减下单系统设计文档

于 2025-07-31 23:31:25 发布
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分类专栏： 技术分享专栏 文章标签： 微服务 架构 云原生
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一、系统架构设计

graph TD
    A[API Gateway] --> B[订单服务]
    A --> C[库存服务]
    B --> D[MySQL 订单库]
    C --> E[MySQL 库存库]
    F[Nacos] -->|服务注册发现| B
    F -->|服务注册发现| C
    G[Sentinel] -->|流量控制| B
    G -->|流量控制| C
    H[Seata] -->|分布式事务| B
    H -->|分布式事务| C
二、服务划分与职责
服务名称端口职责描述关键技术栈
订单服务8081处理订单创建、状态管理Spring Boot, Seata, MyBatis
库存服务8082管理商品库存、扣减逻辑Spring Boot, Sentinel, Redis
Nacos 配置中心8848统一配置管理Spring Cloud Alibaba
三、数据库设计

1. 订单表 (t_order)

CREATE TABLE t_order (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  order_no VARCHAR(32) NOT NULL COMMENT '订单号',
  user_id BIGINT NOT NULL,
  product_id BIGINT NOT NULL,
  quantity INT NOT NULL COMMENT '购买数量',
  status TINYINT DEFAULT 0 COMMENT '0-创建中 1-已支付 2-已取消',
  create_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

2. 库存表 (t_stock)

CREATE TABLE t_stock (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  product_id BIGINT UNIQUE NOT NULL,
  total_stock INT NOT NULL COMMENT '总库存',
  locked_stock INT DEFAULT 0 COMMENT '预扣库存',
  available_stock INT NOT NULL COMMENT '可用库存',
  version INT DEFAULT 0 COMMENT '乐观锁版本号'
);

3. 库存流水表 (t_stock_flow)

CREATE TABLE t_stock_flow (
  id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  product_id BIGINT NOT NULL,
  order_no VARCHAR(32) NOT NULL,
  quantity INT NOT NULL,
  status TINYINT NOT NULL COMMENT '1-预扣 2-确认 3-释放',
  create_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

数据库操作SQL

库存确认SQL
UPDATE t_stock 
SET 
    total_stock = total_stock - #{quantity},
    locked_stock = locked_stock - #{quantity},
    version = version + 1
WHERE 
    product_id = #{productId}
    AND locked_stock >= #{quantity}
    AND version = #{version}
库存释放SQL（预扣释放）
UPDATE t_stock 
SET 
    locked_stock = locked_stock - #{quantity},
    available_stock = available_stock + #{quantity},
    version = version + 1
WHERE 
    product_id = #{productId}
    AND locked_stock >= #{quantity}
库存释放SQL（已确认释放）
UPDATE t_stock 
SET 
    total_stock = total_stock + #{quantity},
    available_stock = available_stock + #{quantity},
    version = version + 1
WHERE 
    product_id = #{productId}

状态机设计（库存流水）

stateDiagram-v2
    [*] --> LOCKED： 预扣成功
    LOCKED --> CONFIRMED： 确认扣减
    LOCKED --> RELEASED： 释放库存
    CONFIRMED --> RELEASED： 异常释放
    RELEASED --> [*]： 终态
四、核心业务流程

下单扣减库存流程：

sequenceDiagram
    participant Client
    participant OrderService
    participant StockService
    participant MySQL
    
    Client->>OrderService: 提交订单请求
    OrderService->>StockService: 预扣库存(订单号,商品ID,数量)
    StockService->>MySQL: 查询当前库存
    alt 库存充足
        StockService->>MySQL: 预扣库存(设置锁定库存)
        StockService-->>OrderService: 返回成功
        OrderService->>MySQL: 创建订单
        OrderService-->>Client: 返回订单号
    else 库存不足
        StockService-->>OrderService: 返回错误
        OrderService-->>Client: 返回库存不足
    end
五、接口规范

1. 订单服务接口

  • POST /orders 创建订单

请求体：
{
  "userId": 1001,
  "productId": 2001,
  "quantity": 2
}

响应：
{
  "code": 200,
  "data": "ORDER_202311280001"
}

2. 库存服务接口

  • POST /stocks/lock 预扣库存

请求体：
{
  "orderNo": "ORDER_202311280001",
  "productId": 2001,
  "quantity": 2
}

响应：
{
  "code": 200,
  "message": "库存锁定成功"
}
3. 库存确认接口 (POST /stocks/confirm)

业务场景：订单支付成功后，将预扣库存正式扣减（TCC模式的Confirm阶段）

请求体：
{
  "orderNo": "ORDER_202311280001",
  "productId": 2001,
  "quantity": 2
}

响应：
{
  "code": 200,
  "message": "库存确认成功",
  "data": {
    "productId": 2001,
    "confirmedQuantity": 2,
    "remainingStock": 98
  }
}
4. 库存释放接口 (POST /stocks/release)

业务场景：订单取消/支付超时后，释放预扣库存（TCC模式的Cancel阶段）

请求体：
{
  "orderNo": "ORDER_202311280001",
  "productId": 2001,
  "quantity": 2,
  "reason": "PAYMENT_TIMEOUT" // 释放原因：PAYMENT_TIMEOUT/ORDER_CANCEL/MANUAL_OPERATION
}

响应：
{
  "code": 200,
  "message": "库存释放成功",
  "data": {
    "productId": 2001,
    "releasedQuantity": 2,
    "currentStock": 100
  }
}

六、关键代码实现

1. 库存服务核心扣减逻辑

@Service
public class StockServiceImpl implements StockService {
    
    @Autowired
    private StockMapper stockMapper;
    
    @Autowired
    private StockFlowMapper stockFlowMapper;
    
    @Override
    @Transactional
    public boolean lockStock(StockLockDTO lockDTO) {
        // 使用Redis分布式锁
        String lockKey = "lock_stock:" + lockDTO.getProductId();
        try {
            // 尝试获取锁 (实现略)
            if (!redisLock.tryLock(lockKey, 3, TimeUnit.SECONDS)) {
                throw new RuntimeException("系统繁忙");
            }
            
            Stock stock = stockMapper.selectByProductId(lockDTO.getProductId());
            if (stock.getAvailableStock() < lockDTO.getQuantity()) {
                throw new RuntimeException("库存不足");
            }
            
            // 乐观锁更新
            int rows = stockMapper.lockStock(
                lockDTO.getProductId(), 
                lockDTO.getQuantity(), 
                stock.getVersion()
            );
            
            if (rows == 0) {
                throw new RuntimeException("库存更新冲突");
            }
            
            // 记录库存流水
            StockFlow flow = new StockFlow();
            flow.setOrderNo(lockDTO.getOrderNo());
            flow.setProductId(lockDTO.getProductId());
            flow.setQuantity(lockDTO.getQuantity());
            flow.setStatus(StockFlowStatus.LOCKED);
            stockFlowMapper.insert(flow);
            
            return true;
        } finally {
            redisLock.unlock(lockKey);
        }
    }
}

2. 订单服务分布式事务控制

@Service
public class OrderServiceImpl implements OrderService {

    @Autowired
    private OrderMapper orderMapper;
    
    @Autowired
    private StockFeignClient stockFeignClient;
    
    @GlobalTransactional // Seata全局事务注解
    @Override
    public String createOrder(OrderCreateDTO createDTO) {
        // 1. 生成订单号
        String orderNo = generateOrderNo();
        
        // 2. 预扣库存（RPC调用）
        ResponseResult stockResult = stockFeignClient.lockStock(
            new StockLockDTO(orderNo, createDTO.getProductId(), createDTO.getQuantity())
        );
        
        if (!stockResult.isSuccess()) {
            throw new RuntimeException("库存操作失败: " + stockResult.getMessage());
        }
        
        // 3. 创建订单
        Order order = new Order();
        order.setOrderNo(orderNo);
        order.setUserId(createDTO.getUserId());
        order.setProductId(createDTO.getProductId());
        order.setQuantity(createDTO.getQuantity());
        orderMapper.insert(order);
        
        // 4. 其他业务操作（如扣减积分等）
        // ...
        
        return orderNo;
    }
}

3. 库存释放服务实现

@Service
public class StockReleaseService {
    
    @Autowired
    private StockMapper stockMapper;
    
    @Autowired
    private StockFlowMapper stockFlowMapper;
    
    @Transactional
    public ReleaseResult releaseStock(StockReleaseDTO releaseDTO) {
        // 1. 查找预扣记录（LOCKED或CONFIRMED状态都需要处理）
        StockFlow flow = stockFlowMapper.selectByOrderNoAndProductId(
            releaseDTO.getOrderNo(),
            releaseDTO.getProductId()
        );
        
        if (flow == null) {
            throw new BusinessException("未找到库存记录");
        }
        
        // 2. 根据当前状态执行不同释放逻辑
        if (flow.getStatus() == StockFlowStatus.LOCKED) {
            releaseLockedStock(flow, releaseDTO);
        } else if (flow.getStatus() == StockFlowStatus.CONFIRMED) {
            releaseConfirmedStock(flow, releaseDTO);
        } else {
            throw new BusinessException("当前状态不可释放");
        }
        
        // 3. 更新流水状态
        flow.setStatus(StockFlowStatus.RELEASED);
        flow.setReleaseReason(releaseDTO.getReason());
        stockFlowMapper.updateStatus(flow);
        
        // 4. 获取最新库存
        Stock currentStock = stockMapper.selectByProductId(releaseDTO.getProductId());
        
        return new ReleaseResult(
            releaseDTO.getProductId(),
            releaseDTO.getQuantity(),
            currentStock.getAvailableStock()
        );
    }
    
    private void releaseLockedStock(StockFlow flow, StockReleaseDTO dto) {
        // 释放预扣库存（增加可用库存，减少锁定库存）
        stockMapper.releaseLockedStock(dto.getProductId(), dto.getQuantity());
    }
    
    private void releaseConfirmedStock(StockFlow flow, StockReleaseDTO dto) {
        // 释放已确认库存（增加总库存和可用库存）
        stockMapper.releaseConfirmedStock(dto.getProductId(), dto.getQuantity());
    }
}
七、容错设计

  1. 库存预扣超时释放

    • 定时任务扫描超过30分钟未确认的预扣记录

    • 自动释放库存并更新流水状态

  2. Sentinel流控规则

    七、容错设计
库存预扣超时释放

定时任务扫描超过30分钟未确认的预扣记录

自动释放库存并更新流水状态

Sentinel流控规则

  3. Seata事务恢复

    • TC Server记录全局事务状态

    • 定时补偿未完成的事务分支

八、任务清单

  1. 基础任务

    • 搭建Nacos注册中心

    • 实现订单服务创建接口

    • 实现库存锁定/释放接口

    • 集成MyBatis-Plus操作数据库

    • 添加Seata分布式事务支持

  2. 进阶任务

    • 实现库存释放定时任务

    • 集成Sentinel添加流控规则

    • 使用Redis优化库存查询

    • 设计库存扣减幂等机制

  3. 挑战任务

    • 实现分库分表方案

    • 设计库存热点数据解决方案

    • 实现扣减库存的TCC模式

九、部署说明

  1. 启动基础设施：

    # 启动Nacos
sh nacos/bin/startup.sh -m standalone

# 启动Seata
sh seata/bin/seata-server.sh

  2. 服务启动顺序：

    库存服务 → 订单服务 → 网关(可选)

  3. 测试用例：

    # 测试正常下单
curl -X POST http://localhost:8081/orders \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"userId":1001,"productId":2001,"quantity":2}'

# 测试库存不足
curl ... {"quantity": 1000}

接口测试用例

库存确认测试场景：

  1. 正常确认已预扣库存

  2. 重复确认请求（测试幂等性）

  3. 确认不存在的预扣记录

  4. 确认数量大于预扣数量

  5. 并发确认测试（模拟乐观锁冲突）

库存释放测试场景：

  1. 释放已预扣库存（订单取消）

  2. 释放已确认库存（售后退货）

  3. 部分释放库存

  4. 释放后库存超卖测试

  5. 释放原因分类统计

本设计重点训练微服务拆分、分布式事务、并发控制能力。建议学生先完成基础流程，再逐步添加熔断、监控等生产级功能。关键要理解库存扣减的"预扣-确认-释放"三段式设计，这是解决分布式事务的经典模式。

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Seata是一款开源的分布式事务解决方案，致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务。Seata提供了ATTCCSAGA和XA事务模式，为用户打造一站式的分布式解决方案。官网Seata概述下载中心示例在Seata开源之前，Seata对应的内部版本在阿里经济体内部一直扮演着分布式一致性中间件的角色，帮助经济体平稳的度过历年的双11，对各BU业务进行了有力的支撑。商业化产品GTS先后在阿里云、金融云进行售卖。TCC与AT事务一样都是两阶段事务，它与ATTCC对业务代码侵入严重。
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架构师输入 “文件上传接口” 等需求，系统会自动拆解为功能点，像支持多格式、限制大小等。同时提供表结构设计能力，自动生成数据库表及字段，也支持关联现有表，确保数据层与业务层匹配。飞算JavaAI 作为智能开发工具，以需求驱动为核心，重新定义微服务从设计到落地的路径，成为架构师增效关键助手。对于已有项目，能精准合并新增模块，避免架构冲突，简化多服务协同治理。它以需求为纽带，实现业务与技术无缝衔接，是微服务时代架构师的高效工具。从架构治理视角看，它生成的代码遵循规范，包含接口文档等，为后期可观测性奠定基础。
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