秒杀系统-下单解决方案（从0到1）

喜欢ヅ旅行 2022-12-26 15:21 155阅读 0赞

# 下单解决方案 #

单机版（不考虑库存问题）：

*  普通下单——不考虑库存、不考虑超卖、不考虑并发问题，只考虑性能问题。

单机版（考虑库存问题）：

*  程序锁。
 *  aop锁。
 *  队列（blockingQueue）

分布式：

*  数据库锁（悲观锁、乐观锁）。
 *  分布式锁。
 *  队列（mq）

库存控制：

> 下单操作的时候，不进行库存控制，出现同一件商品被售卖多次的现象。也就是我们通常所说的超卖现象。（纠正概念：`超卖不是把商品库存卖成负数，而是同一件商品被卖多次`）

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## 单机版（不考虑库存问题） ##

##### 普通下单 #####

不考虑库存、不考虑超卖、不考虑并发问题，只考虑性能问题。  
没有任何锁操作，直接减库存加销量，直接下单（向订单库中直接插入订单数据——以上操作都是直接操作数据库）

private void startSubmitOrder() { 
            //查询商品信息
            seckillGoods.findOneById(商品Id);
            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
            seckillGoods.update();
            //保存订单
            order.save();
    }

##### 优化：多线程下单 #####

private void startSubmitOrderMultiThread() { 
            //查询商品信息
            seckillGoods.findOneById(商品Id);
            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
            seckillGoods.update();
    		//保存订单（多线程方式下单）
    		new Thread(() -> { 
    			order.save();
    		}).start();
    }

##### 优化：缓存 #####

活动开始之前把商品信息放入缓存中，查询商品直接从缓存中获取。

private void startSubmitOrderCache() { 
    		//从缓存中查询商品信息
    		redisTemplate.get(商品Id);
            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
            seckillGoods.update();
    		//保存订单（多线程方式下单）
    		new Thread(() -> { 
    			order.save();
    		}).start();
    }

10000用户同时下单，理论上库存还剩0，现库存还剩113个，说明程序锁出现超卖现象。

问题：10000个用户同时下单（他们都认为自己买到商品，实际上存在严重问题），只购买了887个商品。

## 单机版（考虑库存问题） ##

##### 程序锁 #####

// 定义全局程序锁（ReentrantLock）
    private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    private void startSubmitOrderReentrantLock() { 
    		try { 
                //加锁
                reentrantLock.lock();
                //从缓存中查询商品信息
                redisTemplate.get(商品Id);
                //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
                //商品库存减1、销量加1，更新商品表
                seckillGoods.update();
                //保存订单
                order.save();
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            } finally { 
                //解锁
                reentrantLock.unlock();
            }
    }

10000用户同时下单，理论上库存还剩0，现库存还剩281个，说明程序锁出现超卖现象。

库存无法控制的原因，和Spring事务有关系：

*  事务回滚原理：方法抛出异常，反之提交。
 *  程序锁：事务提交时间的问题，也就是说锁释放了，事务还未提交，导致其它线程读取到脏数据。

解决方案：

*  锁上移。
 *  手动提交事务。

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##### AOP锁 #####

利用Spring切面编程模式，实现AOP锁。

/** * @Author: LailaiMonkey * @Description：自定义aop切面注解 * @Date：Created in 2020-12-06 14:19 * @Modified By： */
    @Target({ ElementType.METHOD, ElementType.PARAMETER})
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Documented
    public @interface ServiceLock { 
        String description() default "";
    }

aop拦截器：

/** * @Author: LailaiMonkey * @Description：注解拦截 * @Date：Created in 2020-12-06 14:21 * @Modified By： */
    @Component
    @Scope
    @Aspect
    //order越小越先执行
    @Order(1)
    public class LockAspect { 
        private ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    
        @Around("@annotation(com.monkey.test.sdfsdaf.ServiceLock)")
        public Object lockAspect(ProceedingJoinPoint joinPoint) { 
            //加锁
            Object object = null;
            try { 
                reentrantLock.lock();
                object = joinPoint.proceed();
            } catch (Throwable e) { 
                e.printStackTrace();
            } finally { 
                //解锁
                reentrantLock.unlock();
            }
            return object;
        }
    }

同普通下单业务逻辑，需要加拦截注解

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    @ServiceLock
    private void startSubmitOrder() { 
            //查询商品信息
            seckillGoods.findOneById(商品Id);
            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
            seckillGoods.update();
            //保存订单
            order.save();
    }

库存已经完美控制住！！！

##### 队列 #####

将下单信息放入队列，后台线程慢慢处理订单业务（订单异步处理）——blockingQueue  
下单——数据放入队列——队列消费数据。

定义全局队列：

/** * @Author: LailaiMonkey * @Description：定义全局队列 * @Date：Created in 2020-12-06 15:02 * @Modified By： */
    public class SeckillQueue { 
    
        private final static BlockingQueue<OrderModel> BLOCKING_QUEUE = new LinkedBlockingDeque<>();
    
        //不可以实例化
        private SeckillQueue() { 
        }
    
        private static class SingletonHolder { 
            private static SeckillQueue queue = new SeckillQueue();
        }
    
        public static SeckillQueue getQueue() { 
            return SingletonHolder.queue;
        }
    
        /** * 放入队列 * * @param model * @return */
        public Boolean product(OrderModel model) { 
            return BLOCKING_QUEUE.offer(model);
        }
    
        /** * 出队列 * * @param model * @return */
        public OrderModel consumer() throws InterruptedException { 
            return BLOCKING_QUEUE.take();
        }
    
        /** * 获得队列长度 * * @param model * @return */
        public int size() { 
            return BLOCKING_QUEUE.size();
        }
    }

队列消费：

/** * @Author: LailaiMonkey * @Description：队列消费 * @Date：Created in 2020-12-06 15:09 * @Modified By： */
    @Component
    public class TaskRunner implements ApplicationRunner { 
    
        @Override
        public void run(ApplicationArguments args) throws Exception { 
            new Thread(() -> { 
                while (true) { 
                    try { 
                        OrderModel model = SeckillQueue.getQueue().consumer();
                        if (model != null) { 
                            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
                            seckillGoods.update();
                            //保存订单
                            order.save();
                        }
                    } catch (Exception ex) { 
                        ex.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
        }
    }

下单：

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    @ServiceLock
    private void startSubmitOrder() { 
    		//搭建下单模型
    		OrderModel model = new OrderModel();
    		model.set.......
            //放入队列 
    		Boolean flag = SeckillQueue.getQueue().product(model);
    		if (flag) { 
    			//通知用户下单成功
    		} else { 
    			//秒杀失败
    		}
    }

队列大小为100，此时如果队列已经满了，放入队列的动作就会失败，也就是意味着下单失败，此时队列的大小根据后端业务处理能力进行设置。  
使用队列作为缓存对象，减轻服务压力，提升服务吞吐能力。

优化：

*  可以把放入队列过程改成多线程放入。

缺点：

*  BlockingQueue队列是内存队列，占用jvm内存大小，如果队列太大会和jvm进程抢占资源，导致性能下降，如果队列太小，导致下单队列满，会出现下单失败的现象。
 *  吞吐能力问题
 *  分布式情况下无法控制库存

解决方案：

*  分布式库存、分布式部署、分布式队列

## 分布式 ##

##### 数据库悲观锁 #####

查询商品库存加for update锁定该商品。

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    private void startSubmitOrderBySqlLock() { 
            //查询商品信息（select .... for update）
            seckillGoods.findOneByIdSqlLock(商品Id);
            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
            seckillGoods.update();
            //保存订单
            order.save();
    }

库存控制没有问题，性能差

##### 数据库乐观锁 #####

在商品表加一个version字段，当多线程（并发）查询修改时候就可以进行版本比对数据修改，防止数据进行脏读。

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    private void startSubmitOrderBySqlLock() { 
            //查询商品信息
            seckillGoods.findOneById(商品Id);
            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
            //商品库存减1、销量加1，更新商品表，判断数据库version和查询version是否一样
            //update ..... where version = 查询商品的version
            int flag = seckillGoods.update();
            //乐观锁更新成功后方可继续操作
            if (flag > 0) { 
    			//保存订单
            	order.save();
    		} else { 
    			//提示太火爆了
    		}
    }

由于数据库锁进行操作磁盘数据，性能消耗比较高，因此可以使用内存锁提高下单的性能。

##### 分布式锁 #####

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    private void startSubmitOrderReentrantLock() { 
    		boolean result = false;
    		try { 
                //使用redisson加锁，尝试等待3s，上锁后20s自动解除
                result = redisson.tryLock("seckill_goods_lock" + 商品Id, TimeUnit.SECONDS, 3, 10);
                if (result) { 
    				//从缓存中查询商品信息
    				redisTemplate.get(商品Id);
    	            //判断商品是否上架、活动是否开始、库存有没有.....
    	            //商品库存减1、销量加1，更新商品表
    	            seckillGoods.update();
    	            //保存订单
    	            order.save();
    			} else { 
    				//提示太火爆
    			}
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            } finally { 
                //解锁
                if (result) { 
    				redisson.unlock("seckill_goods_lock" + 商品Id);
    			}
            }
    }

redis锁还是会和本地事务出现冲突，但是由于操作reids是远程操作，通过网络io进行，有网络延迟，因此基本不会出现库存控制失败的现象。redis在数据进行操作是异步的，延迟的，因些当数据事务提交后redis才释放，所以这样没问题。

确保100%没有问题需要redis升级为aop锁，把上述aop锁ReentrantLock换成redis的lock即可。

##### mq #####

同上，把blockingQueue换成rabbitMq即可。

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## 思考 ##

项目使用分布式部署，数据一致性处理非常困难：

*  网络拉动
 *  网络延迟
 *  服务宕机
 *  机器宕机
 *  程序崩溃
 *  异常

以上问题必须然会发生，所以在处理数据一致性方面必有取舍，强一致性（基于数据库）——CAP（分布式）、Base理论（最终一致性）