【Redis学习】Redis分布式锁实现秒杀业务(乐观锁、悲观锁)

【Redis学习】Redis分布式锁实现秒杀业务(乐观锁、悲观锁)

原创 2017年10月17日 21:48:33

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1、业务场景

所谓秒杀，从业务角度看，是短时间内多个用户“争抢”资源，这里的资源在大部分秒杀场景里是商品；将业务抽象，技术角度看，秒杀就是多个线程对资源进行操作，所以实现秒杀，就必须控制线程对资源的争抢，既要保证高效并发，也要保证操作的正确。

2、一些可能的实现

刚才提到过，实现秒杀的关键点是控制线程对资源的争抢，根据基本的线程知识，可以不加思索的想到下面的一些方法：

1)、秒杀在技术层面的抽象应该就是一个方法，在这个方法里可能的操作是将商品库存-1，将商品加入用户的购物车等等，在不考虑缓存的情况下应该是要操作数据库的。那么最简单直接的实现就是在这个方法上加上synchronized关键字，通俗的讲就是锁住整个方法；

2)、锁住整个方法这个策略简单方便，但是似乎有点粗暴。可以稍微优化一下，只锁住秒杀的代码块，比如写数据库的部分；

3)、既然有并发问题，那我就让他“不并发”，将所有的线程用一个队列管理起来，使之变成串行操作，自然不会有并发问题。

上面所述的方法都是有效的，但是都不好。为什么？第一和第二种方法本质上是“加锁”，但是锁粒度依然比较高。什么意思？试想一下，如果两个线程同时执行秒杀方法，这两个线程操作的是不同的商品,从业务上讲应该是可以同时进行的，但是如果采用第一二种方法，这两个线程也会去争抢同一个锁，这其实是不必要的。第三种方法也没有解决上面说的问题。

那么如何将锁控制在更细的粒度上呢？可以考虑为每个商品设置一个互斥锁，以和商品ID相关的字符串为唯一标识，这样就可以做到只有争抢同一件商品的线程互斥，不会导致所有的线程互斥。分布式锁恰好可以帮助我们解决这个问题。

3、何为分布式锁

分布式锁是控制分布式系统之间同步访问共享资源的一种方式。在分布式系统中，常常需要协调他们的动作。如果不同的系统或是同一个系统的不同主机之间共享了一个或一组资源，那么访问这些资源的时候，往往需要互斥来防止彼此干扰来保证一致性，在这种情况下，便需要使用到分布式锁。

我们来假设一个最简单的秒杀场景：数据库里有一张表，column分别是商品ID，和商品ID对应的库存量，秒杀成功就将此商品库存量-1。现在假设有1000个线程来秒杀两件商品，500个线程秒杀第一个商品，500个线程秒杀第二个商品。我们来根据这个简单的业务场景来解释一下分布式锁。

通常具有秒杀场景的业务系统都比较复杂，承载的业务量非常巨大，并发量也很高。这样的系统往往采用分布式的架构来均衡负载。那么这1000个并发就会是从不同的地方过来，商品库存就是共享的资源，也是这1000个并发争抢的资源，这个时候我们需要将并发互斥管理起来。这就是分布式锁的应用。

而key-value存储系统，如redis，因为其一些特性，是实现分布式锁的重要工具。

4、具体的实现

redis的基本命令：

需要考虑的问题

1、用什么操作redis？幸亏redis已经提供了jedis客户端用于java应用程序，直接调用jedis API即可。

2、怎么实现加锁？“锁”其实是一个抽象的概念，将这个抽象概念变为具体的东西，就是一个存储在redis里的key-value对，key是于商品ID相关的字符串来唯一标识，value其实并不重要，因为只要这个唯一的key-value存在，就表示这个商品已经上锁。

3、如何释放锁？既然key-value对存在就表示上锁，那么释放锁就自然是在redis里删除key-value对。

4、阻塞还是非阻塞？笔者采用了阻塞式的实现，若线程发现已经上锁，会在特定时间内轮询锁。

5、如何处理异常情况？比如一个线程把一个商品上了锁，但是由于各种原因，没有完成操作（在上面的业务场景里就是没有将库存-1写入数据库），自然没有释放锁，这个情况笔者加入了锁超时机制，利用redis的expire命令为key设置超时时长，过了超时时间redis就会将这个key自动删除，即强制释放锁（可以认为超时释放锁是一个异步操作，由redis完成，应用程序只需要根据系统特点设置超时时间即可）。

5、乐观锁实现秒杀系统

乐观锁悲观锁

我们知道大多数是基于数据版本（version）的记录机制实现的。即为数据增加一个版本标识，在基于数据库表的版本解决方案中，一般是通过为数据库表增加一个”version”字段来实现读取出数据时，将此版本号一同读出，之后更新时，对此版本号加1。此时，将提交数据的版本号与数据库表对应记录的当前版本号进行比对，如果提交的数据版本号大于数据库当前版本号，则予以更新，否则认为是过期数据。redis中可以使用watch命令会监视给定的key，当exec时候如果监视的key从调用watch后发生过变化，则整个事务会失败。也可以调用watch多次监视多个key。这样就可以对指定的key加乐观锁了。注意watch的key是对整个连接有效的，事务也一样。如果连接断开，监视和事务都会被自动清除。当然了exec，discard，unwatch命令都会清除连接中的所有监视。

Redis中的事务(transaction)是一组命令的集合。事务同命令一样都是Redis最小的执行单位，一个事务中的命令要么都执行，要么都不执行。Redis事务的实现需要用到 MULTI 和 EXEC 两个命令，事务开始的时候先向Redis服务器发送 MULTI 命令，然后依次发送需要在本次事务中处理的命令，最后再发送 EXEC 命令表示事务命令结束。Redis的事务是下面4个命令来实现 ：

1).multi，开启Redis的事务，置客户端为事务态。

2).exec，提交事务，执行从multi到此命令前的命令队列，置客户端为非事务态。

3).discard，取消事务，置客户端为非事务态。

4).watch,监视键值对，作用时如果事务提交exec时发现监视的监视对发生变化，事务将被取消。

实现代码如下：

import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import javax.transaction.Transaction;
import redis.clients.jedis.Jedis;

/**
 * 乐观锁实现秒杀系统
 *
 */
public class OptimisticLockTest {

    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        initProduct();
        initClient();
        printResult();
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        long time = endTime - startTime;
        System.out.println("程序运行时间 ： " + (int)time + "ms");
    }

    /**
     * 初始化商品
     * @date 2017-10-17
     */
    public static void initProduct() {
        int prdNum = 100;//商品个数
        String key = "prdNum";
        String clientList = "clientList";//抢购到商品的顾客列表
        Jedis jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
        if (jedis.exists(key)) {
            jedis.del(key);
        }
        if (jedis.exists(clientList)) {
            jedis.del(clientList);
        }
        jedis.set(key, String.valueOf(prdNum));//初始化商品
        RedisUtil.returnResource(jedis);
    }

    /**
     * 顾客抢购商品（秒杀操作）
     * @date 2017-10-17
     */
    public static void initClient() {
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        int clientNum = 10000;//模拟顾客数目
        for (int i = 0; i < clientNum; i++) {
            cachedThreadPool.execute(new ClientThread(i));//启动与顾客数目相等的消费者线程
        }
        cachedThreadPool.shutdown();//关闭线程池
        while (true) {
            if (cachedThreadPool.isTerminated()) {
                System.out.println("所有的消费者线程均结束了");    
                break;   
            }
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }
        }
    }

    /**
     * 打印抢购结果
     * @date 2017-10-17
     */
    public static void printResult() {
        Jedis jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
        Set set = jedis.smembers("clientList");
        int i = 1;
        for (String value : set) {
            System.out.println("第" + i++ + "个抢到商品，"+value + " "); 
        }
        RedisUtil.returnResource(jedis);
    }


    /**
     * 内部类：模拟消费者线程
     */
    static class ClientThread implements Runnable{

        Jedis jedis = null;
        String key = "prdNum";//商品主键
        String clientList = "clientList";//抢购到商品的顾客列表主键
        String clientName;

        public ClientThread(int num){
            clientName = "编号=" + num;
        }

//      1.multi，开启Redis的事务，置客户端为事务态。 
//      2.exec，提交事务，执行从multi到此命令前的命令队列，置客户端为非事务态。 
//      3.discard，取消事务，置客户端为非事务态。 
//      4.watch,监视键值对，作用是如果事务提交exec时发现监视的键值对发生变化，事务将被取消。 
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep((int)Math.random()*5000);//随机睡眠一下
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            while(true){
                System.out.println("顾客：" + clientName + "开始抢购商品");
                jedis = RedisUtil.getInstance().getJedis();
                try {
                    jedis.watch(key);//监视商品键值对，作用时如果事务提交exec时发现监视的键值对发生变化，事务将被取消
                    int prdNum = Integer.parseInt(jedis.get(key));//当前商品个数
                    if (prdNum > 0) {
                        Transaction transaction = (Transaction) jedis.multi();//开启redis事务
                        ((Jedis) transaction).set(key,String.valueOf(prdNum - 1));//商品数量减一
                        List