分佈式系統--封裝Redis分佈式鎖解決跨進程併發秒殺引起的超賣問題

一、單進程多線程的鎖--線程鎖

鎖住線程的鎖叫線程鎖，像C#中的lock，Monitor，讓線程排隊，同一時刻只能有一個線程進來，讓線程同步排隊。

 二、多進程的鎖--分佈式鎖

鎖住進程的鎖就叫分佈式鎖，是鎖住進程的一種機制，讓進程排隊。

三、電商秒殺場景

1、單體架構

併發量不夠，秒殺服務只能併發1000，而客戶端同時發送3000個請求。

2、集羣架構

這時候就需要多兩個角色，一個角色是網關，一個角色是秒殺集羣，網關把用戶請求轉發到3個秒殺服務，這樣每個秒殺服務併發1000個請求，就能夠滿足客戶端同時發送3000個請求。

四、秒殺服務集羣帶來新的問題

第1個請求進入到秒殺服務1裏面，查詢數據庫商品庫存是10，判斷有庫存，扣減庫存，更新數據庫，當前庫存是9。
第2個請求進入到秒殺服務2裏面，查詢數據庫商品庫存是10，判斷有庫存，扣減庫存，更新數據庫，當前庫存是9。
第3個請求進入到秒殺服務3裏面，查詢數據庫商品庫存是10，判斷有庫存，扣減庫存，更新數據庫，當前庫存是9。

實際庫存只減少了1個，但是同1個商品被3個人秒殺到了，這就是超賣問題。

五、分佈式鎖解決什麼問題？

分佈式系統中，涉及到多個進程共享資源的時候，就需要使用分佈式鎖。

誰持有了鎖，誰才能操作數據庫扣減庫存。

 六、運行效果

1、單進程發起20個線程模擬20個用戶併發請求，秒殺商品，會發現20個線程，20個請求秒殺到同1個商品。

 2、對於單進程可以加lock鎖解決超賣問題

商品庫存有10個，開啓20個線程秒殺商品，有10個請求分別秒殺到不同的商品，另外10個線程沒有秒殺到商品，因爲庫存只有10個。

3、我現在把相同的代碼Copy一份，新建個工程MyRedis.SecKill.MultiProcess.Other，也同樣使用了lock鎖，快速的啓動2個進程，每個進程中開啓20個線程就發現lock鎖不住了，lock鎖失效了，同一個商品編號10被2個不同的進程中的線程秒殺到了。

 

我們看到單進程通過加lock鎖可以保證不發生超賣問題，10個線程秒殺到商品，商品編號不同，另外10個線程沒有秒殺到商品。
但是因爲爲了提高併發量，現在是秒殺服務集羣提供秒殺服務了，我們在兩個秒殺服務進程中都開啓20個線程去秒殺商品，就會發現如圖所示控制不住了，兩個進程中的線程都秒殺到同一個商品了（這裏用商品庫存當做商品編號），那麼如何解決跨進程併發引起的商品超賣問題？這就需要分佈式鎖了。

 

七、封裝Redis分佈式鎖--解決跨進程併發秒殺超賣問題

1、秒殺服務端

namespace MyRedis.SecKill.MultiProcess.SecKill
{
    /// <summary>
    /// 商品秒殺服務
    /// </summary>
    public class ProductSecKill
    {
        /// <summary>
        /// 秒殺方法
        /// </summary>
        public void SecKillProduct()
        {
            RedisLock redisLock = new RedisLock();
            redisLock.Lock();
            //lock (this)//只是適合單進程
            //{
                // 1、獲取商品庫存
                var productStock = GetPorductStocks();

                // 2、判斷商品庫存是否爲空
                if (productStock.Conut == 0)
                {
                    // 2.1 秒殺失敗消息
                    Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}：不好意思，秒殺已結束，商品編號:{productStock.Conut}");
                    redisLock.UnLock();
                    return;
                }

                // 3、秒殺成功消息
                Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}：恭喜你，秒殺成功，商品編號:{productStock.Conut}");

                // 4、扣減商品庫存
                SubtracPorductStocks(productStock);
            //}
           
            redisLock.UnLock();
        }

        /// <summary>
        /// 獲取商品庫存
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private Product_Stock GetPorductStocks()
        {
            using (ShoppingEntities shoppingEntities = new ShoppingEntities())
            {
                // 1、查詢數據庫獲取庫存，獲取第一個商品的庫存數
                Product_Stock productStock = shoppingEntities.Product_Stock.FirstOrDefault(s => s.Id == 1);

                // 2、返回庫存
                return productStock;
            }

        }

        /// <summary>
        /// 扣減商品庫存
        /// </summary>
        private void SubtracPorductStocks(Product_Stock stocks)
        {
            using (ShoppingEntities shoppingEntities = new ShoppingEntities())
            {
                // 1、扣減商品庫存
                Product_Stock updateStocks = shoppingEntities.Product_Stock.FirstOrDefault(s => s.Id == stocks.Id);
                updateStocks.Conut = stocks.Conut - 1;

                // 2、更新數據庫
                shoppingEntities.SaveChanges();
            }
        }
    }
}

2、秒殺客戶端

 

namespace MyRedis.SecKill.MultiProcess
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 1、開始秒殺
            ClientRequest.SendRequest(20);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

 

namespace MyRedis.SecKill.MultiProcess.SecKill
{
    class ClientRequest
    {
        /// <summary>
        /// 客戶端請求
        /// </summary>
        /// <param name="threadCount">線程數</param>
        public static void SendRequest(int threadCount)
        {
            // 1、商品秒殺服務
            ProductSecKill productSecKill = new ProductSecKill();
            // 2、創建20個請求來秒殺
            for (int i = 0; i < threadCount; i++)
            {
                Thread thread = new Thread(() =>
                {
                    productSecKill.SecKillProduct();
                });
                thread.Start();
            }
        }
    }
}

3、Redis分佈式鎖

封裝分佈式鎖4要素

3.1、鎖名
3.2、加鎖操作
        鎖對象，也就是誰持有這把鎖，持有鎖的才能解鎖
3.3、解鎖操作
3.4、鎖超時時間

namespace MyRedis.SecKill.MultiProcess.Locks
{
    /// <summary>
    /// redis分佈式鎖
    /// 分佈式鎖四要素
    /// 1、鎖名
    /// 2、加鎖操作
    /// 3、解鎖操作
    /// 4、鎖超時時間
    /// </summary>
    class RedisLock
    {
        // 1、redis連接管理類
        private ConnectionMultiplexer connectionMultiplexer = null;

        // 2、redis數據操作類
        private IDatabase database = null;
        public RedisLock()
        {
            connectionMultiplexer = ConnectionMultiplexer.Connect("localhost:6379");

            database = connectionMultiplexer.GetDatabase(0);
        }

        /// <summary>
        /// 1、加鎖
        /// </summary>
        public void Lock()
        {
            // 1、redis加鎖api--LockTake
            // key--鎖名--redis_lock
            // value--鎖對象(誰持有這把鎖)--進程Id+線程Id
            // expiry--鎖超時時間，爲什麼？解鎖死鎖問題！
            // 2、如果加鎖失敗？循環加鎖，對於未知的事情用循環
            while (true)
            {
                bool flag = database.LockTake("redis_lock", "ProcessNo1" +Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, TimeSpan.FromSeconds(10));

                // 3、如果加鎖成功，則退出循環
                if (flag)
                {
                    break;
                }

                // 3.1 加鎖失敗，線程休眠下，走循環，再嘗試加鎖
                Thread.Sleep(200);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 2、解鎖
        /// </summary>
        public void UnLock()
        {
            //1、redis解鎖api--LockRelease
            // key--鎖名--redis_lock
            // value--鎖對象(誰持有這把鎖)--進程Id+線程Id--使加鎖和解鎖是同一個對象
            // 2、如果解鎖失敗？循環解鎖，對於未知的事情用循環
            bool flag = database.LockRelease("redis_lock", "ProcessNo1" +Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            while (true) 
            {
                // 3、如果解鎖成功，則退出循環
                if (flag)
                {
                    break;
                }

                // 3.1 解鎖失敗，線程休眠下，走循環，再嘗試解鎖
                Thread.Sleep(200);
            }
            // 4、關閉資源
            connectionMultiplexer.Dispose();
        }
    }
}

八、再次運行效果

最後我們發現庫存36個商品，2個進程，每個進程開啓20個線程，都是不同的商品編號沒有秒殺到同一件商品。

 九、項目結構

十、思考Redis集羣環境死鎖

如果在Redis Master上持有了鎖，但是Redis Master宕機了，需要把Redis Slave提成Redis Master，但是原來的Redis Master的鎖沒有釋放，造成死鎖了怎麼辦？