本文主要討論秒殺場(chǎng)景的解決方案。

什么是秒殺？

從字面意思理解，所謂秒殺，就是在極短時(shí)間內(nèi)，大量的請(qǐng)求涌入，處理不當(dāng)時(shí)容易出現(xiàn)服務(wù)崩潰或數(shù)據(jù)不一致等問題的高并發(fā)場(chǎng)景。

常見的秒殺場(chǎng)景有淘寶雙十一、網(wǎng)約車司機(jī)搶單、12306搶票等等。

高并發(fā)場(chǎng)景下秒殺超賣Bug復(fù)現(xiàn)

在這里準(zhǔn)備了一個(gè)商品秒殺的小案例，

1. 按照正常的邏輯編寫代碼，請(qǐng)求進(jìn)來先查庫(kù)存，庫(kù)存大于0時(shí)扣減庫(kù)存，然后執(zhí)行其他訂單邏輯業(yè)務(wù)代碼；

/**
 * 商品秒殺
 */
@Service
public class GoodsOrderServiceImpl implements OrderService {

    @Autowired
    private GoodsDao goodsDao;

    @Autowired
    private OrderDao orderDao;

    /**
     * 下單
     *
     * @param goodsId 商品ID
     * @param userId  用戶ID
     * @return
     */
    @Override
    public boolean grab(int goodsId, int userId) {
        // 查詢庫(kù)存
        int stock = goodsDao.selectStock(goodsId);
        try {
            // 這里睡2秒是為了模擬等并發(fā)都來到這，模擬真實(shí)大量請(qǐng)求涌入
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 庫(kù)存大于0，扣件庫(kù)存，保存訂單
        if (stock > 0) {
            goodsDao.updateStock(goodsId, stock - 1);
            orderDao.insert(goodsId, userId);
            return true;
        }
        return false;
    }
}
復(fù)制代碼

@Service("grabNoLockService")
public class GrabNoLockServiceImpl implements GrabService {

    @Autowired
    OrderService orderService;

    /**
     * 無鎖的搶購(gòu)邏輯
     *
     * @param goodsId
     * @param userId
     * @return
     */
    @Override
    public String grabOrder(int goodsId, int userId) {
        try {
            System.out.println("用戶:" + userId + " 執(zhí)行搶購(gòu)邏輯");
            boolean b = orderService.grab(goodsId, userId);
            if (b) {
                System.out.println("用戶:" + userId + " 搶購(gòu)成功");
            } else {
                System.out.println("用戶:" + userId + " 搶購(gòu)失敗");
            }
        } finally {

        }
        return null;
    }
}
復(fù)制代碼

2. 庫(kù)存設(shè)置為2個(gè)；

3. 使用jmeter開10個(gè)線程壓測(cè)。

• 壓測(cè)結(jié)果

• 搶購(gòu)訂單：10

• 庫(kù)存剩余：1

出問題了！出大問題了?。?/p>

本來有兩個(gè)庫(kù)存，現(xiàn)在還剩一個(gè)，而秒殺成功的卻有10個(gè)，出現(xiàn)了嚴(yán)重的超賣問題！

問題分析

問題其實(shí)很簡(jiǎn)單，當(dāng)秒殺開始，10個(gè)請(qǐng)求同時(shí)進(jìn)來，同時(shí)去查庫(kù)存，發(fā)現(xiàn)庫(kù)存=2，然后都去扣減庫(kù)存，把庫(kù)存變?yōu)?，秒殺成功，共賣出商品10件，庫(kù)存減1。

那么怎么解決這個(gè)問題呢，說去來也挺簡(jiǎn)單，加鎖就行了。

單機(jī)模式下的解決方案

加JVM鎖

首先在單機(jī)模式下，服務(wù)只有一個(gè)，加JVM鎖就OK，synchronized和Lock都可。

@Service("grabJvmLockService")
public class GrabJvmLockServiceImpl implements GrabService {

    @Autowired
    OrderService orderService;

    /**
     * JVM鎖的搶購(gòu)邏輯
     *
     * @param goodsId
     * @param userId
     * @return
     */
    @Override
    public String grabOrder(int goodsId, int userId) {
        String lock = (goodsId + "");

        synchronized (lock.intern()) {
            try {
                System.out.println("用戶:" + userId + " 執(zhí)行搶購(gòu)邏輯");
                boolean b = orderService.grab(goodsId, userId);
                if (b) {
                    System.out.println("用戶:" + userId + " 搶購(gòu)成功");
                } else {
                    System.out.println("用戶:" + userId + " 搶購(gòu)失敗");
                }
            } finally {

            }
        }
        return null;
    }
}
復(fù)制代碼

這里以synchronized為例，加鎖之后恢復(fù)庫(kù)存重新壓測(cè)，結(jié)果：

• 壓測(cè)結(jié)果

• 搶購(gòu)訂單：2

• 庫(kù)存剩余：0

大功告成！

JVM鎖在集群模式下還有效果嗎？

單機(jī)模式下的問題解決了，那么在集群模式下，加JVM級(jí)別的鎖還有效嗎？

這里起了兩個(gè)服務(wù)，并且加了一層網(wǎng)關(guān)，用來做負(fù)載均衡，重新壓測(cè)，

• 壓測(cè)結(jié)果

  

  

• 搶購(gòu)訂單：4

• 庫(kù)存剩余：0

答案是顯而易見的，鎖無效??！

集群模式下的解決方案

問題分析

出現(xiàn)這種問題的原因是，JVM級(jí)別的鎖在兩個(gè)服務(wù)中是不同的兩把鎖，兩個(gè)服務(wù)各拿個(gè)的，各賣各的，不具有互斥性。

那怎么辦呢？也好辦，把鎖獨(dú)立出來就好了，讓兩個(gè)服務(wù)去拿同一把鎖，也就是分布式鎖。

分布式鎖

分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)之間同步訪問共享資源的一種方式。

在分布式系統(tǒng)中，常常需要協(xié)調(diào)他們的動(dòng)作。如果不同的系統(tǒng)或是同一個(gè)系統(tǒng)的不同主機(jī)之間共享了一個(gè)或一組資源，那么訪問這些資源的時(shí)候，往往需要互斥來防止彼此干擾來保證一致性，這個(gè)時(shí)候，便需要使用到分布式鎖。

常見的分布式鎖的實(shí)現(xiàn)方式有MySQL、Redis、Zookeeper等。

分布式鎖--MySQL

MySQL實(shí)現(xiàn)鎖的方案是：準(zhǔn)備一張表作為鎖，

• 加鎖時(shí)將要搶購(gòu)的商品ID作為主鍵或者唯一索引插入作為鎖的表中，這樣其他線程來加鎖時(shí)就會(huì)插入失敗，從而保證互斥性；

• 解鎖時(shí)將這條記錄刪除，其他線程可以繼續(xù)加鎖。

按照上面的方案，編寫的部分代碼：

• 鎖

/**
 * MySQL寫的分布式鎖
 */
@Service
@Data
public class MysqlLock implements Lock {

    @Autowired
    private GoodsLockDao goodsLockDao;

    private ThreadLocal goodsLockThreadLocal;

    @Override
    public void lock() {
        // 1、嘗試加鎖
        if (tryLock()) {
            System.out.println("嘗試加鎖");
            return;
        }
        // 2.休眠
        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 3.遞歸再次調(diào)用
        lock();
    }

    /**
     * 非阻塞式加鎖，成功，就成功，失敗就失敗。直接返回
     */
    @Override
    public boolean tryLock() {
        try {
            GoodsLock goodsLock = goodsLockThreadLocal.get();
            goodsLockDao.insert(goodsLock);
            System.out.println("加鎖對(duì)象：" + goodsLockThreadLocal.get());
            return true;
        } catch (Exception e) {
            return false;
        }
    }

    @Override
    public void unlock() {
        goodsLockDao.delete(goodsLockThreadLocal.get().getGoodsId());
        System.out.println("解鎖對(duì)象：" + goodsLockThreadLocal.get());
        goodsLockThreadLocal.remove();
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        // TODO Auto-generated method stub

    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        // TODO Auto-generated method stub
        return false;
    }
    
    @Override
    public Condition newCondition() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return null;
    }
}
復(fù)制代碼

• 搶購(gòu)邏輯

@Service("grabMysqlLockService")
public class GrabMysqlLockServiceImpl implements GrabService {

    @Autowired
    private MysqlLock lock;
    
    @Autowired
    OrderService orderService;

    ThreadLocal goodsLock = new ThreadLocal<>();

    @Override
    public String grabOrder(int goodsId, int userId) {
        // 生成key
        GoodsLock gl = new GoodsLock();
        gl.setGoodsId(goodsId);
        gl.setUserId(userId);
        goodsLock.set(gl);
        lock.setGoodsLockThreadLocal(goodsLock);

        // lock
        lock.lock();

        // 執(zhí)行業(yè)務(wù)
        try {
            System.out.println("用戶:"+userId+" 執(zhí)行搶購(gòu)邏輯");

            boolean b = orderService.grab(goodsId, userId);
            if(b) {
                System.out.println("用戶:"+userId+" 搶購(gòu)成功");
            }else {
                System.out.println("用戶:"+userId+" 搶購(gòu)失敗");
            }
        } finally {
            // 釋放鎖
            lock.unlock();
        }
        return null;
    }
}
復(fù)制代碼

恢復(fù)庫(kù)存后繼續(xù)壓測(cè)，結(jié)果符合預(yù)期，數(shù)據(jù)一致。

• 壓測(cè)結(jié)果

• 搶購(gòu)成功：2

• 剩余庫(kù)存：0

問題與解決方案

1. 由于突然斷網(wǎng)等原因，導(dǎo)致鎖沒有釋放成功怎么辦？

答：在作為鎖的表中加開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間兩個(gè)字段作為鎖的有效期，由于各種原因?qū)е骆i沒有及時(shí)釋放時(shí)，可以根據(jù)有效期進(jìn)行判斷鎖是否有效。

2. 給鎖加了有效期后，若有效期結(jié)束，線程任務(wù)還沒有執(zhí)行完畢怎么辦？

答：可以引入watch dog機(jī)制，在任務(wù)未執(zhí)行結(jié)束前，給鎖續(xù)期，這個(gè)在后面再詳細(xì)解釋。

分布式鎖--Redis

在一些中小型項(xiàng)目中可以使用MySQL方案，在大型項(xiàng)目中，給MySQL的配置加上去也可以使用，但用的最多的還是Redis。

Redis加鎖的實(shí)現(xiàn)方式是使用setnx命令，格式：setnx key value。

setnx是「set if not exists」的縮寫；若key不存在，則將key的值設(shè)置為value；當(dāng)key存在時(shí)，不做任何操作。

• 加鎖：setnx key value

• 解鎖：del key

Redis分布式鎖--死鎖問題

產(chǎn)生原因

已經(jīng)加鎖的服務(wù)在執(zhí)行過程中掛掉了，沒有來得及釋放鎖，鎖一直存在在Redis中，導(dǎo)致其他服務(wù)無法加鎖。

解決方案

設(shè)置key的過期時(shí)間，讓key自動(dòng)過期，過期后，key就不存在了，其他服務(wù)就能繼續(xù)加鎖。

• 要注意的是，添加過期時(shí)間時(shí)，不能使用這種方式：

setnx key value;
expire key time_in_second;
復(fù)制代碼

這種方式也可能在第一句setnx成功后掛掉，過期時(shí)間沒有設(shè)置，導(dǎo)致死鎖。

• 有效的方案是通過一行命令加鎖并設(shè)置過期時(shí)間，格式如下：

set key value nx ex time_in_second;
復(fù)制代碼

這種方式在 Redis 2.6.12 版本開始支持，老版本的Redis可以使用LuaScript。

過期時(shí)間引發(fā)的問題

問題一：假設(shè)鎖過期時(shí)間設(shè)置為10秒，服務(wù)1加鎖后執(zhí)行10秒還未結(jié)束，此時(shí)鎖過期了，服務(wù)2來加鎖也能成功，導(dǎo)致兩個(gè)服務(wù)同時(shí)拿到鎖。

問題二：服務(wù)1在執(zhí)行了14秒后結(jié)束去釋放鎖，會(huì)把服務(wù)2加的鎖釋放掉，此時(shí)服務(wù)3又能加鎖成功。

解決方案

問題二容易解決，在釋放鎖的時(shí)候判斷一下是不是自己加的鎖，如果是自己加的鎖，就釋放；如果不是則略過。

問題一解決方案：就是上面說的 Watch Dog（看門狗）機(jī)制

簡(jiǎn)單的理解就是另起一個(gè)子線程（看門狗），幫主線程看著過期時(shí)間，當(dāng)主線程在執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯沒有結(jié)束時(shí)，過期時(shí)間每過三分之一，子線程（看門狗）就把過期時(shí)間續(xù)滿，從而保證主線程沒有結(jié)束，鎖就不會(huì)過期。

• Watch Dog（看門狗）機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

@Service
public class RenewGrabLockServiceImpl implements RenewGrabLockService {

    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    @Override
    @Async
    public void renewLock(String key, String value, int time) {
        System.out.println("續(xù)命"+key+"  "+value);
        String v = redisTemplate.opsForValue().get(key);
        // 寫成死循環(huán)，加判斷
        if (StringUtils.isNotBlank(v) && v.equals(value)){
            int sleepTime = time / 3;
            try {
                Thread.sleep(sleepTime * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            redisTemplate.expire(key,time,TimeUnit.SECONDS);
            renewLock(key,value,time);
        }
    }
復(fù)制代碼

Redis單節(jié)點(diǎn)故障

如果執(zhí)行過程中Redis掛掉了，所有服務(wù)來加鎖都加不上鎖，這就是單節(jié)點(diǎn)故障問題。

解決方案

使用多臺(tái)Redis。

首先來分析一個(gè)問題，多臺(tái)Redis之間可以做主從嗎？

Redis主從問題

當(dāng)一個(gè)線程加鎖成功后，key還沒有被同步過去，Redis Master節(jié)點(diǎn)掛了，此時(shí)Slave節(jié)點(diǎn)中沒有key的存在，另一個(gè)服務(wù)來加鎖依然可以加鎖成功。

所以，不能使用主從方案。

還有一種方案是紅鎖。

紅鎖

紅鎖方案也是使用多臺(tái)Redis，但是多臺(tái)Redis之間沒有任何關(guān)系，就是獨(dú)立的Redis。

加鎖時(shí)，在一臺(tái)Redis上加鎖成功后，馬上去下一臺(tái)Redis上加鎖，最終若在過半的Redis上加鎖成功，則加鎖成功，否則加鎖失敗。

紅鎖會(huì)不會(huì)出現(xiàn)超賣問題？

會(huì)！。

如果運(yùn)維小哥很勤快，做了自動(dòng)化，Redis掛掉之后，馬上重啟了一臺(tái)，那么重啟的Redis里沒有之前加鎖的key，其他線程依然能夠加鎖成功，這就導(dǎo)致兩個(gè)線程同時(shí)拿到鎖。

• 解決方案：延遲重啟掛掉的Redis，延遲一天啟動(dòng)也沒有問題，重啟太快才會(huì)有問題。

終極問題

到現(xiàn)在為止程序已經(jīng)完美了嗎？

并沒有！

當(dāng)程序在執(zhí)行的時(shí)候，鎖也加上了，狗（watch dog）也開始不停的續(xù)期，一切看似很美好，但是Java里還有一個(gè)終極問題--STW（Stop The World）。

當(dāng)遇到FullGC時(shí)，JVM會(huì)發(fā)生STW（Stop The World），此時(shí)，世界被按下了暫停鍵，執(zhí)行任務(wù)的主線程暫停了，用來續(xù)期的狗（watch dog）也不會(huì)再續(xù)期，Redis中的鎖會(huì)慢慢過期，當(dāng)鎖過期之后，其他JVM又可以來成功加鎖，原來的問題又出現(xiàn)了，同時(shí)有兩個(gè)服務(wù)拿到鎖。

解決方案

• 方案一：鴕鳥算法

• 方案二：終極方案 -- Zookeeper+MySQL樂觀鎖

分布式鎖--Zookeeper+MySQL樂觀鎖

Zookeeper是怎么解決STW問題的呢？

• 加鎖時(shí)，在zookeeper中創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)順序節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建成功后zookeeper會(huì)生成一個(gè)序號(hào)，將這個(gè)序號(hào)存到MySQL中的verson字段做校驗(yàn)；

• 如果鎖未釋放，發(fā)生了STW，緊接著鎖過期，其他服務(wù)去加鎖后，會(huì)將MySQL中的version字段變掉；

• 解鎖時(shí)，驗(yàn)證version字段是否是自己加鎖時(shí)的內(nèi)容

• 如果是，刪除節(jié)點(diǎn)，釋放鎖；

• 如果不是，說明自己已經(jīng)昏睡過了，執(zhí)行失敗。

世界變得清靜了。

相關(guān)代碼

• gitee: distributed-lock

作者：三生oo
鏈接：https://juejin.cn/post/6944967816562884644
來源：稀土掘金
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