如何使用Redis實現(xiàn)電商系統(tǒng)的庫存扣減？

在日常開發(fā)中有很多地方都有類似扣減庫存的操作，比如電商系統(tǒng)中的商品庫存，抽獎系統(tǒng)中的獎品庫存等。

解決方案

使用mysql數(shù)據庫，使用一個字段來存儲庫存，每次扣減庫存去更新這個字段。
還是使用數(shù)據庫，但是將庫存分層多份存到多條記錄里面，扣減庫存的時候路由一下，這樣子增大了并發(fā)量，但是還是避免不了大量的去訪問數(shù)據庫來更新庫存。
將庫存放到redis使用redis的incrby特性來扣減庫存。

分析

在上面的第一種和第二種方式都是基于數(shù)據來扣減庫存。

基于數(shù)據庫單庫存

第一種方式在所有請求都會在這里等待鎖，獲取鎖有去扣減庫存。在并發(fā)量不高的情況下可以使用，但是一旦并發(fā)量大了就會有大量請求阻塞在這里，導致請求超時，進而整個系統(tǒng)雪崩；而且會頻繁的去訪問數(shù)據庫，大量占用數(shù)據庫資源，所以在并發(fā)高的情況下這種方式不適用。

基于數(shù)據庫多庫存

第二種方式其實是第一種方式的優(yōu)化版本，在一定程度上提高了并發(fā)量，但是在還是會大量的對數(shù)據庫做更新操作大量占用數(shù)據庫資源。

基于數(shù)據庫來實現(xiàn)扣減庫存還存在的一些問題：

用數(shù)據庫扣減庫存的方式，扣減庫存的操作必須在一條語句中執(zhí)行，不能先selec在update，這樣在并發(fā)下會出現(xiàn)超扣的情況。如：
update number set x=x-1 where x > 0

MySQL自身對于高并發(fā)的處理性能就會出現(xiàn)問題，一般來說，MySQL的處理性能會隨著并發(fā)thread上升而上升，但是到了一定的并發(fā)度之后會出現(xiàn)明顯的拐點，之后一路下降，最終甚至會比單thread的性能還要差。

當減庫存和高并發(fā)碰到一起的時候，由于操作的庫存數(shù)目在同一行，就會出現(xiàn)爭搶InnoDB行鎖的問題，導致出現(xiàn)互相等待甚至死鎖，從而大大降低MySQL的處理性能，最終導致前端頁面出現(xiàn)超時異常。

基于redis

針對上述問題的問題我們就有了第三種方案，將庫存放到緩存，利用redis的incrby特性來扣減庫存，解決了超扣和性能問題。但是一旦緩存丟失需要考慮恢復方案。比如抽獎系統(tǒng)扣獎品庫存的時候，初始庫存=總的庫存數(shù)-已經發(fā)放的獎勵數(shù)，但是如果是異步發(fā)獎，需要等到MQ消息消費完了才能重啟redis初始化庫存，否則也存在庫存不一致的問題。

基于redis實現(xiàn)扣減庫存的具體實現(xiàn)

我們使用redis的lua腳本來實現(xiàn)扣減庫存
由于是分布式環(huán)境下所以還需要一個分布式鎖來控制只能有一個服務去初始化庫存
需要提供一個回調函數(shù)，在初始化庫存的時候去調用這個函數(shù)獲取初始化庫存

初始化庫存回調函數(shù)(IStockCallback )

/**
 * 獲取庫存回調
 * @author yuhao.wang
 */
public interface IStockCallback {

 /**
  * 獲取庫存
  * @return
  */
 int getStock();
}
復制代碼

扣減庫存服務（StockService）

/**
 * 扣庫存
 *
 * @author yuhao.wang
 */
@Service
public class StockService {
    Logger logger = LoggerFactory.getLogger(StockService.class);

    /**
     * 不限庫存
     */
    public static final long UNINITIALIZED_STOCK = -3L;

    /**
     * Redis 客戶端
     */
    @Autowired
    private RedisTemplate redisTemplate;

    /**
     * 執(zhí)行扣庫存的腳本
     */
    public static final String STOCK_LUA;

    static {
        /**
         *
         * @desc 扣減庫存Lua腳本
         * 庫存（stock）-1：表示不限庫存
         * 庫存（stock）0：表示沒有庫存
         * 庫存（stock）大于0：表示剩余庫存
         *
         * @params 庫存key
         * @return
         *   -3:庫存未初始化
         *   -2:庫存不足
         *   -1:不限庫存
         *   大于等于0:剩余庫存（扣減之后剩余的庫存）
         *      redis緩存的庫存(value)是-1表示不限庫存，直接返回1
         */
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 1) then");
        sb.append("    local stock = tonumber(redis.call('get', KEYS[1]));");
        sb.append("    local num = tonumber(ARGV[1]);");
        sb.append("    if (stock == -1) then");
        sb.append("        return -1;");
        sb.append("    end;");
        sb.append("    if (stock >= num) then");
        sb.append("        return redis.call('incrby', KEYS[1], 0 - num);");
        sb.append("    end;");
        sb.append("    return -2;");
        sb.append("end;");
        sb.append("return -3;");
        STOCK_LUA = sb.toString();
    }

    /**
     * @param key           庫存key
     * @param expire        庫存有效時間,單位秒
     * @param num           扣減數(shù)量
     * @param stockCallback 初始化庫存回調函數(shù)
     * @return -2:庫存不足; -1:不限庫存; 大于等于0:扣減庫存之后的剩余庫存
     */
    public long stock(String key, long expire, int num, IStockCallback stockCallback) {
        long stock = stock(key, num);
        // 初始化庫存
        if (stock == UNINITIALIZED_STOCK) {
            RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate, key);
            try {
                // 獲取鎖
                if (redisLock.tryLock()) {
                    // 雙重驗證，避免并發(fā)時重復回源到數(shù)據庫
                    stock = stock(key, num);
                    if (stock == UNINITIALIZED_STOCK) {
                        // 獲取初始化庫存
                        final int initStock = stockCallback.getStock();
                        // 將庫存設置到redis
                        redisTemplate.opsForValue().set(key, initStock, expire, TimeUnit.SECONDS);
                        // 調一次扣庫存的操作
                        stock = stock(key, num);
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                logger.error(e.getMessage(), e);
            } finally {
                redisLock.unlock();
            }

        }
        return stock;
    }

    /**
     * 加庫存(還原庫存)
     *
     * @param key    庫存key
     * @param num    庫存數(shù)量
     * @return
     */
    public long addStock(String key, int num) {

        return addStock(key, null, num);
    }

    /**
     * 加庫存
     *
     * @param key    庫存key
     * @param expire 過期時間（秒）
     * @param num    庫存數(shù)量
     * @return
     */
    public long addStock(String key, Long expire, int num) {
        boolean hasKey = redisTemplate.hasKey(key);
        // 判斷key是否存在，存在就直接更新
        if (hasKey) {
            return redisTemplate.opsForValue().increment(key, num);
        }

        Assert.notNull(expire,"初始化庫存失敗，庫存過期時間不能為null");
        RedisLock redisLock = new RedisLock(redisTemplate, key);
        try {
            if (redisLock.tryLock()) {
                // 獲取到鎖后再次判斷一下是否有key
                hasKey = redisTemplate.hasKey(key);
                if (!hasKey) {
                    // 初始化庫存
                    redisTemplate.opsForValue().set(key, num, expire, TimeUnit.SECONDS);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.error(e.getMessage(), e);
        } finally {
            redisLock.unlock();
        }

        return num;
    }

    /**
     * 獲取庫存
     *
     * @param key 庫存key
     * @return -1:不限庫存; 大于等于0:剩余庫存
     */
    public int getStock(String key) {
        Integer stock = (Integer) redisTemplate.opsForValue().get(key);
        return stock == null ? -1 : stock;
    }

    /**
     * 扣庫存
     *
     * @param key 庫存key
     * @param num 扣減庫存數(shù)量
     * @return 扣減之后剩余的庫存【-3:庫存未初始化; -2:庫存不足; -1:不限庫存; 大于等于0:扣減庫存之后的剩余庫存】
     */
    private Long stock(String key, int num) {
        // 腳本里的KEYS參數(shù)
        List keys = new ArrayList<>();
        keys.add(key);
        // 腳本里的ARGV參數(shù)
        List args = new ArrayList<>();
        args.add(Integer.toString(num));

        long result = redisTemplate.execute(new RedisCallback() {
            @Override
            public Long doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
                Object nativeConnection = connection.getNativeConnection();
                // 集群模式和單機模式雖然執(zhí)行腳本的方法一樣，但是沒有共同的接口，所以只能分開執(zhí)行
                // 集群模式
                if (nativeConnection instanceof JedisCluster) {
                    return (Long) ((JedisCluster) nativeConnection).eval(STOCK_LUA, keys, args);
                }

                // 單機模式
                else if (nativeConnection instanceof Jedis) {
                    return (Long) ((Jedis) nativeConnection).eval(STOCK_LUA, keys, args);
                }
                return UNINITIALIZED_STOCK;
            }
        });
        return result;
    }

}
復制代碼

調用

/**
 * @author yuhao.wang
 */
@RestController
public class StockController {

    @Autowired
    private StockService stockService;

    @RequestMapping(value = "stock", produces = MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8_VALUE)
    public Object stock() {
        // 商品ID
        long commodityId = 1;
        // 庫存ID
        String redisKey = "redis_key:stock:" + commodityId;
        long stock = stockService.stock(redisKey, 60 * 60, 2, () -> initStock(commodityId));
        return stock >= 0;
    }

    /**
     * 獲取初始的庫存
     *
     * @return
     */
    private int initStock(long commodityId) {
        // TODO 這里做一些初始化庫存的操作
        return 1000;
    }

    @RequestMapping(value = "getStock", produces = MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8_VALUE)
    public Object getStock() {
        // 商品ID
        long commodityId = 1;
        // 庫存ID
        String redisKey = "redis_key:stock:" + commodityId;

        return stockService.getStock(redisKey);
    }

    @RequestMapping(value = "addStock", produces = MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8_VALUE)
    public Object addStock() {
        // 商品ID
        long commodityId = 2;
        // 庫存ID
        String redisKey = "redis_key:stock:" + commodityId;

        return stockService.addStock(redisKey, 2);
    }
}