Redis之高并发超卖问题解决方案

企业开发 2023-12-17 02:03:21 阅读次数: 0

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1. Redis高并发超卖问题解决方案

1.1 高并发场景超卖bug解析

1.2 Redisson

1. Redis高并发超卖问题解决方案

在高并发的秒杀抢购场景中，常常会面临一个称为“超卖”（Over-Selling）的问题。超卖指的是同一件商品被售出的数量超过了实际库存数量，导致库存出现负数。这是由于多个用户同时发起抢购请求，而系统未能有效地控制库存的并发访问。

下面进行一个秒杀购买某个商品的接口模拟，代码如下：

@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+"商品购买成功，剩余库存"+count);
            return "success";
        }
        System.out.println(key+"商品库存不足");
        return "error";
    }
}

上面的代码在高并发环境下容易出现超卖问题，使用JMeter进行压测，如下图：

5f9ddbaf5ca24350a921c52976c30711.png

dc5ffc12710940f7b3716f579a517f0f.png

 进行压测获得的日志如下图，存在并发安全问题。

a0fc440a4f114afe8a1994bca769a00a.png

 要解决上面的问题，我们一开始想到的是synchronized加锁，但是在 Redis 的高并发环境下，使用 Java 中的 synchronized关键字来解决超卖问题是行不通的，原因如下：

  1. 分布式环境下无效： synchronized是 Java 中的关键字，用于在单个 JVM 中保护共享资源。在分布式环境下，多个服务实例之间无法通过synchronized来同步，因为各个实例之间无法直接共享 JVM 中的锁。

  2. 性能问题： synchronized会导致性能问题，尤其在高并发的情况下，争夺锁可能会成为瓶颈。

对于 Redis 高并发环境下的超卖问题，更合适的解决方案通常是使用 Redis 提供的分布式锁（如基于 Redis 的分布式锁实现）。这可以确保在分布式环境中的原子性和可靠性。

基于Redis的分布式锁，我们可以基于Redis中的Setnx（命令在指定的 key 不存在时，为 key 设置指定的值），更改代码如下：

@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("业务繁忙稍后再试");
            return "业务繁忙稍后再试";
        }
        //try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
        try {
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品购买成功，剩余库存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(lock);
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品库存不足");
        return message;
    }
}

然后使用JMeter压测，在10s内陆续发送500个请求，日志如下图，由图可以看出基本解决超卖问题。

42cb97a25afc4276adbec529b685ebb6.png

1.1 高并发场景超卖bug解析

系统在达到finally块之前崩溃宕机，锁可能会一直存在于Redis中。这可能会导致其他进程或线程无法在未来获取该锁，从而导致资源被锁定，后续尝试访问该资源的操作可能被阻塞。因此在redis中给定 key设置过期时间。代码如下：

@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); //保证原子性
//        Boolean lock2 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, "lock");
//        stringRedisTemplate.expire(lock,10,TimeUnit.SECONDS); //此时宕机依旧会出现redis锁无法释放，应设置为原子操作
        String message="error";
        if(!lock1){
            System.out.println("业务繁忙稍后再试");
            return "业务繁忙稍后再试";
        }
        //try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
        try {
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品购买成功，剩余库存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            stringRedisTemplate.delete(lock);
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品库存不足");
        return message;
    }
}

在高并发场景下，还存在一个问题，即业务执行时间过长可能导致 Redis 锁提前释放，并且误删除其他线程或进程持有的锁。这可能发生在以下情况：

  1. 线程A获取锁并开始执行业务逻辑。
  2. 由于高并发，其他线程B、C等也尝试获取相同资源的锁。
  3. 由于锁的过期时间设置为10秒，线程A的业务逻辑执行时间超过10秒，导致其锁被 Redis 自动释放。
  4. 线程B在10秒内获取到了之前由线程A持有的锁，并开始执行业务逻辑。
  5. 线程A在业务逻辑执行完成后，尝试删除自己的锁，但由于已经被线程B持有，线程A实际上删除的是线程B的锁。

修改代码如下：

@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); //保证原子性
//        Boolean lock2 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, "lock");
//        stringRedisTemplate.expire(lock,10,TimeUnit.SECONDS); //此时宕机依旧会出现redis锁无法释放，应设置为原子操作
        String message="error";
        if(!lock1){
            System.out.println("业务繁忙稍后再试");
            return "业务繁忙稍后再试";
        }
        //try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
        try {
                int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
                if (count > 0) {
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(--count));
                    System.out.println(key + "商品购买成功，剩余库存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (stringRedisTemplate.opsForValue().get(lock).equals(clientId))//在这里如果有别的业务代码并且耗时较长， stringRedisTemplate.delete(lock)之前还是有可能超过过期时间出现问题
                stringRedisTemplate.delete(lock);
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品库存不足");
        return message;
    }
}

上面的代码在高并发场景下仍然存在概率很低的问题，所以就有了redisson分布式锁。

1.2 Redisson

Redisson 是一个用于 Java 的 Redis 客户端，它提供了丰富的功能，包括分布式锁。Redisson 的分布式锁实现了基于 Redis 的分布式锁，具有简单易用、可靠性高的特点。

以下是 Redisson 分布式锁的一些重要特性和用法：

  1. 可重入锁： Redisson 的分布式锁是可重入的，同一线程可以多次获取同一把锁，而不会出现死锁。

  2. 公平锁： Redisson 支持公平锁，即按照获取锁的顺序依次获取，避免了某些线程一直获取不到锁的情况。

  3. 锁超时： 可以为分布式锁设置过期时间，确保即使在某些情况下锁没有被显式释放，也能在一定时间后自动释放。

  4. 异步锁： Redisson 提供了异步的分布式锁，通过异步 API 可以在不阻塞线程的情况下获取和释放锁。

  5. 监控锁状态： Redisson 允许监控锁的状态，包括锁是否被某个线程持有，锁的过期时间等。

39b25cb597c34ee3ad06e02ca6a73cf7.png

导入依赖

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

利用Redisson分布式锁解决超卖问题，修改代码如下:

@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 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
        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 + "商品购买成功，剩余库存" + count);
                    message="success";
                }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();
        }
        if(message.equals("error"))
        System.out.println(key+"商品库存不足");
        return message;
    }
}

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