Redis高并發(fā)超賣問題解決方案圖文詳解

更新時間：2024年02月17日 11:04:17 作者：山河亦問安

Redis是一種基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng),被廣泛用于解決高并發(fā)問題,下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Redis高并發(fā)超賣問題解決方案的相關(guān)資料,文中通過代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

1. Redis高并發(fā)超賣問題解決方案

在高并發(fā)的秒殺搶購場景中，常常會面臨一個稱為“超賣”（Over-Selling）的問題。超賣指的是同一件商品被售出的數(shù)量超過了實際庫存數(shù)量，導(dǎo)致庫存出現(xiàn)負(fù)數(shù)。這是由于多個用戶同時發(fā)起搶購請求，而系統(tǒng)未能有效地控制庫存的并發(fā)訪問。

下面進(jìn)行一個秒殺購買某個商品的接口模擬，代碼如下：

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @RequestMapping("/buy/{id}")
    public String buy(@PathVariable("id") Long id){
        String key="product_" + id;
        int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
        if(count>0){
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
            System.out.println(key+"商品購買成功，剩余庫存"+count);
            return "success";
        }
        System.out.println(key+"商品庫存不足");
        return "error";
    }
}

上面的代碼在高并發(fā)環(huán)境下容易出現(xiàn)超賣問題，使用JMeter進(jìn)行壓測，如下圖：

進(jìn)行壓測獲得的日志如下圖，存在并發(fā)安全問題。

要解決上面的問題，我們一開始想到的是synchronized加鎖，但是在 Redis 的高并發(fā)環(huán)境下，使用 Java 中的 synchronized關(guān)鍵字來解決超賣問題是行不通的，原因如下：

分布式環(huán)境下無效： synchronized是 Java 中的關(guān)鍵字，用于在單個 JVM 中保護(hù)共享資源。在分布式環(huán)境下，多個服務(wù)實例之間無法通過synchronized來同步，因為各個實例之間無法直接共享 JVM 中的鎖。
性能問題： synchronized會導(dǎo)致性能問題，尤其在高并發(fā)的情況下，爭奪鎖可能會成為瓶頸。

對于 Redis 高并發(fā)環(huán)境下的超賣問題，更合適的解決方案通常是使用 Redis 提供的分布式鎖（如基于 Redis 的分布式鎖實現(xiàn)）。這可以確保在分布式環(huán)境中的原子性和可靠性。

基于Redis的分布式鎖，我們可以基于Redis中的Setnx（命令在指定的 key 不存在時，為 key 設(shè)置指定的值），更改代碼如下：

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @RequestMapping("/buy/{id}")
    public String buy(@PathVariable("id") Long id){
        String lock="product_lock_"+id;
        String key="product_" + id;
        Boolean lock1 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, "lock");
        String message="error";
        if(!lock1){
            System.out.println("業(yè)務(wù)繁忙稍后再試");
            return "業(yè)務(wù)繁忙稍后再試";
        }
        //try catch 設(shè)計是為了防止在執(zhí)行業(yè)務(wù)的時候出現(xiàn)異常導(dǎo)致redis鎖一直無法釋放
        try {
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品購買成功，剩余庫存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(lock);
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品庫存不足");
        return message;
    }
}

然后使用JMeter壓測，在10s內(nèi)陸續(xù)發(fā)送500個請求，日志如下圖，由圖可以看出基本解決超賣問題。

1.1 高并發(fā)場景超賣bug解析

系統(tǒng)在達(dá)到finally塊之前崩潰宕機(jī)，鎖可能會一直存在于Redis中。這可能會導(dǎo)致其他進(jìn)程或線程無法在未來獲取該鎖，從而導(dǎo)致資源被鎖定，后續(xù)嘗試訪問該資源的操作可能被阻塞。因此在redis中給定 key設(shè)置過期時間。代碼如下：

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @RequestMapping("/buy/{id}")
    public String buy(@PathVariable("id") Long id){
        String lock="product_lock_"+id;
        String key="product_" + id;
        Boolean lock1 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, "lock",10, TimeUnit.SECONDS); //保證原子性
//        Boolean lock2 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, "lock");
//        stringRedisTemplate.expire(lock,10,TimeUnit.SECONDS); //此時宕機(jī)依舊會出現(xiàn)redis鎖無法釋放，應(yīng)設(shè)置為原子操作
        String message="error";
        if(!lock1){
            System.out.println("業(yè)務(wù)繁忙稍后再試");
            return "業(yè)務(wù)繁忙稍后再試";
        }
        //try catch 設(shè)計是為了防止在執(zhí)行業(yè)務(wù)的時候出現(xiàn)異常導(dǎo)致redis鎖一直無法釋放
        try {
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品購買成功，剩余庫存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(lock);
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品庫存不足");
        return message;
    }
}

在高并發(fā)場景下，還存在一個問題，即業(yè)務(wù)執(zhí)行時間過長可能導(dǎo)致 Redis 鎖提前釋放，并且誤刪除其他線程或進(jìn)程持有的鎖。這可能發(fā)生在以下情況：

線程A獲取鎖并開始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。
由于高并發(fā)，其他線程B、C等也嘗試獲取相同資源的鎖。
由于鎖的過期時間設(shè)置為10秒，線程A的業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行時間超過10秒，導(dǎo)致其鎖被 Redis 自動釋放。
線程B在10秒內(nèi)獲取到了之前由線程A持有的鎖，并開始執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。
線程A在業(yè)務(wù)邏輯執(zhí)行完成后，嘗試刪除自己的鎖，但由于已經(jīng)被線程B持有，線程A實際上刪除的是線程B的鎖。

修改代碼如下：

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @RequestMapping("/buy/{id}")
    public String buy(@PathVariable("id") Long id){
        String lock="product_lock_"+id;
        String key="product_" + id;
        String clientId=UUID.randomUUID().toString();
        Boolean lock1 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, clientId,10, TimeUnit.SECONDS); //保證原子性
//        Boolean lock2 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, "lock");
//        stringRedisTemplate.expire(lock,10,TimeUnit.SECONDS); //此時宕機(jī)依舊會出現(xiàn)redis鎖無法釋放，應(yīng)設(shè)置為原子操作
        String message="error";
        if(!lock1){
            System.out.println("業(yè)務(wù)繁忙稍后再試");
            return "業(yè)務(wù)繁忙稍后再試";
        }
        //try catch 設(shè)計是為了防止在執(zhí)行業(yè)務(wù)的時候出現(xiàn)異常導(dǎo)致redis鎖一直無法釋放
        try {
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品購買成功，剩余庫存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (stringRedisTemplate.opsForValue().get(lock).equals(clientId))//在這里如果有別的業(yè)務(wù)代碼并且耗時較長， stringRedisTemplate.delete(lock)之前還是有可能超過過期時間出現(xiàn)問題
                stringRedisTemplate.delete(lock);
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品庫存不足");
        return message;
    }
}

上面的代碼在高并發(fā)場景下仍然存在概率很低的問題，所以就有了redisson分布式鎖。

1.2 Redisson

Redisson 是一個用于 Java 的 Redis 客戶端，它提供了豐富的功能，包括分布式鎖。Redisson 的分布式鎖實現(xiàn)了基于 Redis 的分布式鎖，具有簡單易用、可靠性高的特點。

以下是 Redisson 分布式鎖的一些重要特性和用法：

可重入鎖： Redisson 的分布式鎖是可重入的，同一線程可以多次獲取同一把鎖，而不會出現(xiàn)死鎖。
公平鎖： Redisson 支持公平鎖，即按照獲取鎖的順序依次獲取，避免了某些線程一直獲取不到鎖的情況。
鎖超時： 可以為分布式鎖設(shè)置過期時間，確保即使在某些情況下鎖沒有被顯式釋放，也能在一定時間后自動釋放。
異步鎖： Redisson 提供了異步的分布式鎖，通過異步 API 可以在不阻塞線程的情況下獲取和釋放鎖。
監(jiān)控鎖狀態(tài)： Redisson 允許監(jiān)控鎖的狀態(tài)，包括鎖是否被某個線程持有，鎖的過期時間等。

導(dǎo)入依賴

       <dependency>
            <groupId>org.redisson</groupId>
            <artifactId>redisson</artifactId>
            <version>3.23.5</version>
        </dependency>

application.yaml 配置：

spring:
  redis:
    host: 127.0.0.1
    port: 6379
    password:
    lettuce:
      pool:
        max-active: 8
        max-idle: 8
        min-idle: 0
        max-wait: 1000ms

RedissonConfig配置：

@Configuration
public class RedissonConfig {

    @Value("${spring.redis.host}")
    private String host;
    @Value("${spring.redis.port}")
    private String port;


    /**
     * RedissonClient,單機(jī)模式
     */
    @Bean
    public RedissonClient redisson() {
        Config config = new Config();
        SingleServerConfig singleServerConfig = config.useSingleServer();
        singleServerConfig.setAddress("redis://" + host + ":" + port);
        return Redisson.create(config);
    }
}

利用Redisson分布式鎖解決超賣問題，修改代碼如下:

加鎖 lock.lock()

阻塞等待，默認(rèn)等待，加鎖的默認(rèn)時間都是30s，鎖的自動續(xù)期，如果業(yè)務(wù)時間長，運行期間會自動給鎖續(xù)上新的30s，不用擔(dān)心業(yè)務(wù)時間長導(dǎo)致鎖自動過期被刪除，加鎖的業(yè)務(wù)只要運行完成，就不會給當(dāng)前鎖續(xù)期，即使不手動解鎖，鎖默認(rèn)在30s后自動刪除。

加鎖 lock.lock(10，TimeUnit.SECONDS)

鎖到期后，不會自動續(xù)期，如果傳遞了鎖的超時時間，就發(fā)送給redis執(zhí)行腳本，進(jìn)行占鎖，默認(rèn)超時就是我們指定的時間。如果未指定鎖的超時時間，只要占鎖成功，就會啟動一個定時任務(wù)【重新給鎖設(shè)置過期時間，新的過期時間就是看門狗的默認(rèn)時間】，每隔10s就會自動進(jìn)行續(xù)期。

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Autowired
    RedissonClient redisson;

    @RequestMapping("/buy/{id}")
    public String buy(@PathVariable("id") Long id){
        String message="error";
        String lock_key="product_lock_"+id;
        String key="product_" + id;
        RLock lock = redisson.getLock(lock_key);
        //try catch 設(shè)計是為了防止在執(zhí)行業(yè)務(wù)的時候出現(xiàn)異常導(dǎo)致redis鎖一直無法釋放
        try {
                lock.lock();
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品購買成功，剩余庫存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品庫存不足");
        return message;
    }
}