springboot+redis分佈式鎖-模擬搶單

本篇內容主要講解的是redis分佈式鎖,這個在各大廠面試幾乎都是必備的,下面結合模擬搶單的場景來使用她;本篇不涉及到的redis環境搭建,快速搭建個人測試環境,這裏建議使用docker;本篇內容節點如下:

  • jedis的nx生成鎖
  • 如何刪除鎖
  • 模擬搶單動作(10w個人開搶)

jedis的nx生成鎖

對於java中想操作redis,好的方式是使用jedis,首先pom中引入依賴:

1         <dependency>
2             <groupId>redis.clients</groupId>
3             <artifactId>jedis</artifactId>
4         </dependency>

對於分佈式鎖的生成通常需要注意如下幾個方面:

  • 創建鎖的策略:redis的普通key一般都允許覆蓋,A用戶set某個key後,B在set相同的key時同樣能成功,如果是鎖場景,那就無法知道到底是哪個用戶set成功的;這裏jedis的setnx方式爲我們解決了這個問題,簡單原理是:當A用戶先set成功了,那B用戶set的時候就返回失敗,滿足了某個時間點只允許一個用戶拿到鎖。
  • 鎖過期時間:某個搶購場景時候,如果沒有過期的概念,當A用戶生成了鎖,但是後面的流程被阻塞了一直無法釋放鎖,那其他用戶此時獲取鎖就會一直失敗,無法完成搶購的活動;當然正常情況一般都不會阻塞,A用戶流程會正常釋放鎖;過期時間只是爲了更有保障。

下面來上段setnx操作的代碼:

 1     public boolean setnx(String key, String val) {
 2         Jedis jedis = null;
 3         try {
 4             jedis = jedisPool.getResource();
 5             if (jedis == null) {
 6                 return false;
 7             }
 8             return jedis.set(key, val, "NX", "PX", 1000 * 60).
 9                     equalsIgnoreCase("ok");
10         } catch (Exception ex) {
11         } finally {
12             if (jedis != null) {
13                 jedis.close();
14             }
15         }
16         return false;
17     }

這裏注意點在於jedis的set方法,其參數的說明如:

  • NX:是否存在key,存在就不set成功
  • PX:key過期時間單位設置爲毫秒(EX:單位秒)

setnx如果失敗直接封裝返回false即可,下面我們通過一個get方式的api來調用下這個setnx方法:

1     @GetMapping("/setnx/{key}/{val}")
2     public boolean setnx(@PathVariable String key, @PathVariable String val) {
3         return jedisCom.setnx(key, val);
4     }

訪問如下測試url,正常來說第一次返回了true,第二次返回了false,由於第二次請求的時候redis的key已存在,所以無法set成功

由上圖能夠看到只有一次set成功,並key具有一個有效時間,此時已到達了分佈式鎖的條件。

如何刪除鎖

上面是創建鎖,同樣的具有有效時間,但是我們不能完全依賴這個有效時間,場景如:有效時間設置1分鐘,本身用戶A獲取鎖後,沒遇到什麼特殊情況正常生成了搶購訂單後,此時其他用戶應該能正常下單了纔對,但是由於有個1分鐘後鎖才能自動釋放,那其他用戶在這1分鐘無法正常下單(因爲鎖還是A用戶的),因此我們需要A用戶操作完後,主動去解鎖:

 1     public int delnx(String key, String val) {
 2         Jedis jedis = null;
 3         try {
 4             jedis = jedisPool.getResource();
 5             if (jedis == null) {
 6                 return 0;
 7             }
 8 
 9             //if redis.call('get','orderkey')=='1111' then return redis.call('del','orderkey') else return 0 end
10             StringBuilder sbScript = new StringBuilder();
11             sbScript.append("if redis.call('get','").append(key).append("')").append("=='").append(val).append("'").
12                     append(" then ").
13                     append("    return redis.call('del','").append(key).append("')").
14                     append(" else ").
15                     append("    return 0").
16                     append(" end");
17 
18             return Integer.valueOf(jedis.eval(sbScript.toString()).toString());
19         } catch (Exception ex) {
20         } finally {
21             if (jedis != null) {
22                 jedis.close();
23             }
24         }
25         return 0;
26     }

這裏也使用了jedis方式,直接執行lua腳本:根據val判斷其是否存在,如果存在就del;

其實個人認爲通過jedis的get方式獲取val後,然後再比較value是否是當前持有鎖的用戶,如果是那最後再刪除,效果其實相當;只不過直接通過eval執行腳本,這樣避免多一次操作了redis而已,縮短了原子操作的間隔。(如有不同見解請留言探討);同樣這裏創建個get方式的api來測試:

1     @GetMapping("/delnx/{key}/{val}")
2     public int delnx(@PathVariable String key, @PathVariable String val) {
3         return jedisCom.delnx(key, val);
4     }

注意的是delnx時,需要傳遞創建鎖時的value,因爲通過et的value與delnx的value來判斷是否是持有鎖的操作請求,只有value一樣才允許del;

模擬搶單動作(10w個人開搶)

有了上面對分佈式鎖的粗略基礎,我們模擬下10w人搶單的場景,其實就是一個併發操作請求而已,由於環境有限,只能如此測試;如下初始化10w個用戶,並初始化庫存,商品等信息,如下代碼:

 1     //總庫存
 2     private long nKuCuen = 0;
 3     //商品key名字
 4     private String shangpingKey = "computer_key";
 5     //獲取鎖的超時時間 秒
 6     private int timeout = 30 * 1000;
 7 
 8     @GetMapping("/qiangdan")
 9     public List<String> qiangdan() {
10 
11         //搶到商品的用戶
12         List<String> shopUsers = new ArrayList<>();
13 
14         //構造很多用戶
15         List<String> users = new ArrayList<>();
16         IntStream.range(0, 100000).parallel().forEach(b -> {
17             users.add("神牛-" + b);
18         });
19 
20         //初始化庫存
21         nKuCuen = 10;
22 
23         //模擬開搶
24         users.parallelStream().forEach(b -> {
25             String shopUser = qiang(b);
26             if (!StringUtils.isEmpty(shopUser)) {
27                 shopUsers.add(shopUser);
28             }
29         });
30 
31         return shopUsers;
32     }

有了上面10w個不同用戶,我們設定商品只有10個庫存,然後通過並行流的方式來模擬搶購,如下搶購的實現:

 1     /**
 2      * 模擬搶單動作
 3      *
 4      * @param b
 5      * @return
 6      */
 7     private String qiang(String b) {
 8         //用戶開搶時間
 9         long startTime = System.currentTimeMillis();
10 
11         //未搶到的情況下,30秒內繼續獲取鎖
12         while ((startTime + timeout) >= System.currentTimeMillis()) {
13             //商品是否剩餘
14             if (nKuCuen <= 0) {
15                 break;
16             }
17             if (jedisCom.setnx(shangpingKey, b)) {
18                 //用戶b拿到鎖
19                 logger.info("用戶{}拿到鎖...", b);
20                 try {
21                     //商品是否剩餘
22                     if (nKuCuen <= 0) {
23                         break;
24                     }
25 
26                     //模擬生成訂單耗時操作,方便查看:神牛-50 多次獲取鎖記錄
27                     try {
28                         TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
29                     } catch (InterruptedException e) {
30                         e.printStackTrace();
31                     }
32 
33                     //搶購成功,商品遞減,記錄用戶
34                     nKuCuen -= 1;
35 
36                     //搶單成功跳出
37                     logger.info("用戶{}搶單成功跳出...所剩庫存:{}", b, nKuCuen);
38 
39                     return b + "搶單成功,所剩庫存:" + nKuCuen;
40                 } finally {
41                     logger.info("用戶{}釋放鎖...", b);
42                     //釋放鎖
43                     jedisCom.delnx(shangpingKey, b);
44                 }
45             } else {
46                 //用戶b沒拿到鎖,在超時範圍內繼續請求鎖,不需要處理
47 //                if (b.equals("神牛-50") || b.equals("神牛-69")) {
48 //                    logger.info("用戶{}等待獲取鎖...", b);
49 //                }
50             }
51         }
52         return "";
53     }

這裏實現的邏輯是:

  • parallelStream():並行流模擬多用戶搶購
  • (startTime + timeout) >= System.currentTimeMillis():判斷未搶成功的用戶,timeout秒內繼續獲取鎖
  • 獲取鎖前和後都判斷庫存是否還足夠
  • jedisCom.setnx(shangpingKey, b):用戶獲取搶購鎖
  • 獲取鎖後並下單成功,最後釋放鎖:jedisCom.delnx(shangpingKey, b)

再來看下記錄的日誌結果:

最終返回搶購成功的用戶:

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