Java电商秒杀系统性能优化(六)——交易性能优化技术之缓存库存

概述

本篇博客介绍了下单交易的性能优化技术，通过交易验证缓存的优化，库存缓存模型优化解决了交易流程中繁琐耗性能的验证缓存，并解决数据库库存行锁的问题，同时也引入了缓存与数据库分布式提交过程中不一致的风险。

本章的学习目标是：

• 掌握高效交易验证方式
• 掌握缓存库存模型

一、高效交易验证

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1.1 交易性能瓶颈

• 采用jmeter压测进行性能压测，请求改为POST请求，加入消息体中，average 500ms tps200/s cpu% 75%；
  交易验证完全依赖数据库,通过SQL语句的方式发送给数据库，完成读操作；
• 库存行锁
• 后置处理逻辑
  

1.2 交易验证优化

• 获取用户信息，用户风控策略优化:策略缓存模型化，将对应的风控内容做到redis缓存里面，例如是否异地登录、账号异常，将风控的策略通过异步的方式写入对应缓存中，在实时查询过程中做一个风控策略的实时拦截；
• 活动校验策略优化：引入活动发布流程，模型缓存化，紧急下线能力；
  运营发现活动有异常，在后台将对应的活动进行修改，比如将活动提前结束。若线上在redis的缓存没有正常过期，即便修改了活动时间，但是用户还是可以以活动秒杀价格交易，因此需要一个紧急下线能力。所以运营人员至少要在活动开始前半个小时将活动发布上去，半个小时内足够进行缓存的预热。在后设计一个紧急下线的接口，用代码实现可以清除redis内的缓存。当redis内无法查询状态，就会去数据库内查询活动状态，从而达到紧急下架的能力；

验收效果
jmeter验收验证优化效果
Average time = 600ms tps=1200/s

二、缓存库存模型

2.1 库存行锁优化

itemId需要创建唯一索引

alter table item_stock add unique index
item_id_index(item_id)

2.1.1 扣减库存缓存化

方案：

• 活动发布同步库存进缓存；
• 下单交易减缓存库存；

问题：
数据库记录不一致，缓存中修改了但是数据库中的数据没有进行修改；

2.1.2 异步同步数据库

方案：

• 活动发布同步库存进缓存；
• 下单交易减缓存库存；
• 异步消息扣减数据库内库存；

可以让C端用户完成购买商品的高效体验，又能保证数据库最终的一致性；

2.2 异步消息队列rocketmq

rocketmq：

• 高性能，高并发，分布式消息中间件；
• 典型应用场景：分布式事务，异步解耦；

RocketMQ原理

Producer解决消息生产的问题,Consumer消息的消费端
Broker
相当于一个中间人，由topic和MessageQueue组成，任何一条rocketmq的消息都是隶属于某一个topic,一个topic可以被一个messagebroker管理，也可以被多个messagebroker管理；

2.2.1 部署模型

Broker向Nameserver发送注册请求，broker的ip和负责的topic,queue；
每一个broker至少有一个queue,producer从Nameserver上发现broker1；

采用负载轮询的方式第一次请求到queue1中，生成一个message1,第二次请求到queue2,生成一个message2,同时consumer会向这两个queue分别建立长连接。
当producer做对应投递时，consumer会被唤醒，拉取对应的message,这种方式被称为长轮询；

Consumer group的作用：以queue为单位作为一个消息的管理，当consumer消费完一个message的时候会回复一个消息给对应的queue,并且将对应的message2变为已经消费成功要被干掉的状态；

若对应的一个queue被多个consumer消费的情况下，势必会造成一个同步的问题，存在一个锁竞争的机制，rocketmq采用的是以queue为单位平均的分配给consumer,所以设计一个好的中间件就是为了保证queue和consumer的数量相等；

当有多个consumer group,一个订单系统就属于一个group,另外一个consumer group就属于商品系统；生产者端并不知道生成的消息对应的消费端是哪个系统，只会无脑的投消息，关注这个消息的人指出来即可。topicA还是以consumer_group为管理的基础单元，一个queue1可以被一个consumer group中的一个consumer所消费，也可以被另一个consumer group中的consumer所消费，以consumer_group去做对应消息的消费和管理。

2.2.2 主从复制机制

如果对应的broker1产生了任何异常，producer知道broker掉线了，没办法投递对应的消息；

broker2作为broker1的slave,平时不对外进行服务，只做消息的从库，一旦对应的message1被消费；一旦broker1发生异常，nameserver感知到会将broker2变为主库，并且通知producer和consumer端，让其通过broker2去接管对应的消费，slave和master之间的数据可以是同步，也可以是异步。

同步的话，producer生成在broker1中生产message1成功，也要broker2中备份message1也能够成功，性能偏低；

主broker1作为生产成功\消费成功即可,roker2做异步复制即可。只要网络的延迟小，对应的cpu处理速度快，是不会发生消息丢失的情况。但是在分布式的环境下，没有办法同时保证强一致性和可用性。如果选择强可用性肯定会降低强一致性，当发生主备切换的时候可能会发生消息的丢失。

2.2.3 分布式事务

之前所有的操作都是在单库上面去执行的，依赖于spring的transactional标签，借助于MySQL数据库的ACID****(原子性、一致性、隔离性、持久性)对应的刚性事务强一致的方式保证了数据库事务的一致性问题。

分布式设计CAP三方面，一致性、可用性、分区容忍性

分区容忍性是必要的，要么选择强一致性，等待所有的数据都一致的时候才可用；要么就是牺牲强一致性变得可用。所以牺牲强一致性来实现CAP中的A和P(可用性和分区容忍性)。强一致性是重要的，但是不追求瞬时状态的强一致性，追求的是最终的一致性，达到基础可用、最终一致性、软状态；

软状态：在应用当中会瞬时的存在有数据不一致性的情况，比如一部分数据已经成功，另外一部分数据还在处理当中。那我们的业务认为这些是可以容忍的；

在我们的缓存库存中，redis中存储的状态都是正确的，但是由于异步消息队列的consumer没有被触发，在那一瞬时数据库的状态是错误的。但只要分布式事务的消息投递成功，数据库的状态就会被正确更新，这个设计就是用来处理库存最终一致性的方案。只要消息中间件有99%以上的高可用的方式，就有99%以上的概率是可以保证数据库的状态可以跟redis中的状态是一致的。

2.2.4 rocketmq的安装

rocketmq安装地址

修改JAVA_OPT
JAVA_OPT="${JAVA_OPT} -server -Xms512m -Xmx512m -Xmn512m"

./mqadmin updateTopic -n localhost:9876 -t stock -c DefaultCluster
//完成topic的创建就可以使用该创建的topic

2.3 缓存库存接入异步化

新建一个mq的package；
新建一个MqProducer.java和MqConsumer.java；

在application.properties
mq.nameserver.addr=115.28.67.199:9876 //nameserver地址和端口
mq.topicname=TopicTest //topicname

//进入poxm.xml接入rocketmq的jar包
<dependency>
  <groupId>org.apache.rocketmq</groupId>
  <artifactId>rocketmq-client</artifactId>
  <version>4.3.0</version>
</dependency>

MqProducer.java
MqConsumer.java

ItemServiceImpl.java
一旦更新库存成功,发送一条消息出去让异步消息队列感知到用来减数据库的库存
    @Autowired
    private MqProducer mqProducer;
    @Override

@Transactional
public boolean decreaseStock(Integer itemId, Integer amount) throws BusinessException {
    //int affectedRow =  itemStockDOMapper.decreaseStock(itemId,amount);
    long result = redisTemplate.opsForValue().increment("promo_item_stock_"+itemId,amount.intValue() * -1);
    if(result >0){
        //更新库存成功
        return true;
    }else if(result == 0){
        //打上库存已售罄的标识
        redisTemplate.opsForValue().set("promo_item_stock_invalid_"+itemId,"true");

        //更新库存成功
        return true;
    }else{
        //更新库存失败
        increaseStock(itemId,amount);
        return false;
    }
}