SpringBoot - Redis 分佈式鎖：模擬搶單

作者：神牛 003

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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：

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
</dependency>

**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：

public boolean setnx(String key, String val) {
        Jedis jedis = null;
        try {
            jedis = jedisPool.getResource();
            if (jedis == null) {
                return false;
            }
            return jedis.set(key, val, "NX", "PX", 1000 * 60).
                    equalsIgnoreCase("ok");
        } catch (Exception ex) {
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
        return false;
    }

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：

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

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：

public int delnx(String key, String val) {
        Jedis jedis = null;
        try {
            jedis = jedisPool.getResource();
            if (jedis == null) {
                return 0;
            }

            //if redis.call('get','orderkey')=='1111' then return redis.call('del','orderkey') else return 0 end
            StringBuilder sbScript = new StringBuilder();
            sbScript.append("if redis.call('get','").append(key).append("')").append("=='").append(val).append("'").
                    append(" then ").
                    append("    return redis.call('del','").append(key).append("')").
                    append(" else ").
                    append("    return 0").
                    append(" end");

            return Integer.valueOf(jedis.eval(sbScript.toString()).toString());
        } catch (Exception ex) {
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
        return 0;
    }

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；

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

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：

//總庫存
    private long nKuCuen = 0;
    //商品key名字
    private String shangpingKey = "computer_key";
    //獲取鎖的超時時間 秒
    private int timeout = 30 * 1000;

    @GetMapping("/qiangdan")
    public List<String> qiangdan() {

        //搶到商品的用戶
        List<String> shopUsers = new ArrayList<>();

        //構造很多用戶
        List<String> users = new ArrayList<>();
        IntStream.range(0, 100000).parallel().forEach(b -> {
            users.add("神牛-" + b);
        });

        //初始化庫存
        nKuCuen = 10;

        //模擬開搶
        users.parallelStream().forEach(b -> {
            String shopUser = qiang(b);
            if (!StringUtils.isEmpty(shopUser)) {
                shopUsers.add(shopUser);
            }
        });

        return shopUsers;
    }

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：

/**
     * 模擬搶單動作
     *
     * @param b
     * @return
     */
    private String qiang(String b) {
        //用戶開搶時間
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        //未搶到的情況下，30秒內繼續獲取鎖
        while ((startTime + timeout) >= System.currentTimeMillis()) {
            //商品是否剩餘
            if (nKuCuen <= 0) {
                break;
            }
            if (jedisCom.setnx(shangpingKey, b)) {
                //用戶b拿到鎖
                logger.info("用戶{}拿到鎖...", b);
                try {
                    //商品是否剩餘
                    if (nKuCuen <= 0) {
                        break;
                    }

                    //模擬生成訂單耗時操作，方便查看：神牛-50 多次獲取鎖記錄
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    //搶購成功，商品遞減，記錄用戶
                    nKuCuen -= 1;

                    //搶單成功跳出
                    logger.info("用戶{}搶單成功跳出...所剩庫存：{}", b, nKuCuen);

                    return b + "搶單成功，所剩庫存：" + nKuCuen;
                } finally {
                    logger.info("用戶{}釋放鎖...", b);
                    //釋放鎖
                    jedisCom.delnx(shangpingKey, b);
                }
            } else {
                //用戶b沒拿到鎖，在超時範圍內繼續請求鎖，不需要處理
//                if (b.equals("神牛-50") || b.equals("神牛-69")) {
//                    logger.info("用戶{}等待獲取鎖...", b);
//                }
            }
        }
        return "";
    }

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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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/xdqqvSMwJrc2VvGKYiptJQ

jedis 的 nx 生成鎖

如何刪除鎖

模擬搶單動作 (10w 個人開搶)

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