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高并发场景-订单库存防止超卖

背景

在电商系统中买商品过程,先加入购物车,然后选中商品,点击结算,即会进入待支付状态,后续支付。 过程需要检验库存是否足够,保证库存不被超卖。

场景一:买家需要购买数量可以多件 场景二:秒杀活动,到时间点只能购买一件

目的

  • 防止相同用户重复下单
  • 检查库存准确数量
  • 防止扣错库存数量
  • 扣库存时性能效率提升、不阻塞用户

作者

地藏Kelvin

公众号:地藏思维

主要解决手段

  • 利用redis的incr、decr的原子性做操作
  • redis的lpush、rpop的原子性做操作,但是这个只能一个一个的扣,但不能原子地同时扣多个
  • sql乐观锁

交互流程

商品扣库存.jpg

主要环节:购物车->结清->支付

本文讲述结清时,扣库存环节,分布式系统产生订单环节后续文章再详细分析。

备注:挺推荐使用https://www.processon.com/在线来做流程图的

一、防止重复

利用redis分布式锁

用分布式锁,是为了防刷、防止同一个用户同一秒里面把购物车里的商品进行多次结算,防止前端代码出问题触发两次。 利用Jedis客户端编写分布式锁

  String result = jedis.set(lockKey, requestId, SET_IF_NOT_EXIST, SET_WITH_EXPIRE_TIME, expireTime);
复制代码

lockKey是redis的Key,为用户id+商品id+商品数量组成,这样同一秒中只能有一次处理逻辑。 requestId是redis的value,实际是当前线程id,表示有一条线程占用。

大家要注意这种分布式锁写法,是同时设定超时时间的。有些分布式锁的文章可能是比较旧版的redis不支持同时设置超时时间,他就一条语句先设置key value,另一条语句后设置超时时间。所以大家留意一下。

二、扣减库存

安全扣减库存方案有很多说法,列一下几个方案和我推荐的方案。

方案一:分布式锁

有的文章会用redis分布式锁来做保证扣库存数量准确的环节,让点击结算时,后端逻辑会查询库存和扣库存的update语句同时只有一条线程能够执行,以商品id为分布式锁的key,锁一个商品。但是这样,其他购买相同商品的用户将会进行等待。

  • 优点:这样做虽然安全
  • 缺点:但是失去的是性能问题。

方案二:分布式锁+分段缓存

也有文章会说借鉴ConcurrenthashMap,分段锁的机制,把100个商品,分在3个段上,key为分段名字,value为库存数量。用户下单时对用户id进行%3计算,看落在哪个redis的key上,就去取哪个。

如key1=product-01,value1=33;key2=product-02,value2=33;key3=product-03,value3=33;

其实会有几个问题:

  • 一个是用户想买34件的时候,要去两个片查
  • 一个片上卖完了为0,又要去另外一个片查
  • 取余方式计算每一片数量,除不尽时,让最后一片补,如100/3=33.33。

缺点:

  • 方案复杂
  • 有遗留问题

方案三: redis的lpush rpop

redis队列的lpush、rpop都是只能每次进出一个,对于购买多个数量的情况下不适用,只适用于秒杀情况购买一个的场景、或者抢红包的场景,所以觉得不是很通用。

备注:这个抢红包场景以后再分享。

方案四:推荐使用redis原子操作+sql乐观锁

利用Redis increment 的原子操作,保证库存数安全

  1. 先查询redis中是否有库存信息,如果没有就去数据库查,这样就可以减少访问数据库的次数。 获取到后把数值填入redis,以商品id为key,数量为value。 注意要设置序列化方式为StringRedisSerializer,不然不能把value做加减操作。 还需要设置redis对应这个key的超时时间,以防所有商品库存数据都在redis中。

  2. 比较下单数量的大小,如果够就做后续逻辑。

  3. 执行redis客户端的increment,参数为负数,则做减法。因为redis是单线程处理,并且因为increment让key对应的value 减少后返回的是修改后的值。 有的人会不做第一步查询直接减,其实这样不太好,因为当库存为1时,很多做减3,或者减30情况,其实都是不够,这样就白减。

  4. 扣减数据库的库存,这个时候就不需要再select查询,直接乐观锁update,把库存字段值减1 。

  5. 做完扣库存就在订单系统做下单。

样例场景:

  1. 假设两个用户在第一步查询得到库存等于10,A用户走到第二步扣10件,同时一秒内B用户走到第二部扣3件。
  2. 因为redis单线程处理,若A用户线程先执行redis语句,那么现在库存等于0,B就只能失败,就不会出更新数据库了。
	public void order(OrderReq req) {
		String key = "product:" + req.getProductId();
		// 第一步:先检查 库存是否充足
		Integer num = (Integer) redisTemplate.get(key);
      	if (num == null){
          // 去查数据库的数据
          // 并且把数据库的库存set进redis,注意使用NX参数表示只有当没有redis中没有这个key的时候才set库存数量到redis
          //注意要设置序列化方式为StringRedisSerializer,不然不能把value做加减操作
          // 同时设置超时时间,因为不能让redis存着所有商品的库存数,以免占用内存。
           if (count >=0) {
            //设置有效期十分钟
            redisTemplate.expire(key, 60*10+随机数防止雪崩, TimeUnit.SECONDS);
        }
          // 减少经常访问数据库,因为磁盘比内存访问速度要慢
        }
		if (num < req.getNum()) {
			logger.info("库存不足");
		}
		// 第二步:减少库存
		long value = redisTemplate.increment(key, -req.getNum().longValue());
		// 库存充足
		if (value >= 0) {
			logger.info("成功购买");
			// update 数据库中商品库存和订单系统下单,单的状态未待支付
            // 分开两个系统处理时,可以用LCN做分布式事务,但是也是有概率会订单系统的网络超时
            // 也可以使用最终一致性的方式,更新库存成功后,发送mq,等待订单创建生成回调。
			boolean res= updateProduct(req);
          	if (res)
            	createOrder(req);
		} else {
			// 减了后小小于0 ,如两个人同时买这个商品,导致A人第一步时看到还有10个库存,但是B人买9个先处理完逻辑,
            // 导致B人的线程10-9=1, A人的线程1-10=-9,则现在需要增加刚刚减去的库存,让别人可以买1个
			redisTemplate.increment(key, req.getNum().longValue());
			logger.info("恢复redis库存");
		}
	}
复制代码

update使用乐观锁

updateProduct方法中执行的sql如下:

update Product set count = count - #{购买数量} where id = #{id} and count - #{购买数量} >= 0;
复制代码

虽然redis已经防止了超卖,但是数据库层面,为了也要防止超卖,以防redis崩溃时无法使用或者不需要redis处理时,则用乐观锁,因为不一定全部商品都用redis。

利用sql每条单条语句都是有事务的,所以两条sql同时执行,也就只会有其中一条sql先执行成功,另外一条后执行,也如上文提及到的场景一样。

简单说一下分布式事务:

分开两个系统处理库存和订单时,这个时候可以用LCN框架做分布式事务,但是因为是http请求的,也是有概率会订单系统的网络超时,导致未返回结果。

其实也可以使用最终一致性的方式,数据表记录一条交互流水记录,更新库存成功后,更新这个交互流水记录的库存操作字段为已处理,订单处理字段为处理中,然后发送mq,等待订单创建生成回调。也要做定时任务做主动查询订单系统的结果,以防没有结果回来。

方案优势

  • 不需要频繁访问数据库商品库存还有多少
  • 不阻塞其他用户
  • 安全扣减库存量
  • 内存访问库存数量,减少数据库交互

高并发额外优化

  • 用户访问下单是,前端ui可以让用户触发结算后,把按钮置灰色,防止重复触发。
  • 可以按照库存数量来选定是否要用redis,因为如果库存数量少,或者说最近下单次数少的商品,就不用放redis,因为少人看和买的情况下,不必放redis导致占用内存。
  • 如果到时间点抢购时,可以使用mq队列形式,用户触发购买商品后,进入队列,让用户的页面一直在转圈圈,等轮到他买的时候再进入结算页面,结算页面的后续流程和本文一致。

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