【連載】redis庫存操作，分布式鎖的四種實現方式[四]--基於Redis lua腳本機制實現分布式鎖

一、redis lua介紹

Redis 提供了非常豐富的指令集，但是用戶依然不滿足，希望可以自定義擴充若干指令來完成一些特定領域的問題。Redis 為這樣的用戶場景提供了 lua 腳本支持，用戶可以向服務器發送 lua 腳本來執行自定義動作，獲取腳本的響應數據。Redis 服務器會單線程原子性執行 lua 腳本，保證 lua 腳本在處理的過程中不會被任意其它請求打斷。

二、高並發情況下減庫存的實現思路

由於lua腳本是原子性同步執行的，也就是說，我們可以將一堆操作封裝為一個操作，讓redis當做一條命令執行，這樣，我們在分布式、高並發情況下，做減庫存操作，每個客戶端在執行操作時，其他客戶端都是阻塞狀態，相當於變相實現了分布式鎖。

1、在本地緩存一份減庫存的lua腳本，每次服務啟動時，將腳本內容加載至內存；

2、請求處理時，會校驗redis-server端是否存在該腳本，若存在，返回腳本的唯一id，客戶端根據id調用腳本，並將參數傳遞過去執行

3、若redis-server端不存在該腳本，會先將腳本發送到server端緩存，返回id，進行調用

三、lua腳本的好處

1、減少網絡開銷：可以將多個請求通過腳本的形式一次發送，減少網絡時延和請求次數。

2、原子性的操作：Redis會將整個腳本作為一個整體執行，中間不會被其他命令插入。因此在編寫腳本的過程中無需擔心會出現競態條件，無需使用事務。

3、代碼復用：客戶端發送的腳步會永久存在redis中，這樣，其他客戶端可以復用這一腳本來完成相同的邏輯。

4、速度快：見 與其它語言的性能比較, 還有一個 JIT編譯器可以顯著地提高多數任務的性能; 對於那些仍然對性能不滿意的人, 可以把關鍵部分使用C實現, 然后與其集成, 這樣還可以享受其它方面的好處。

5、可以移植：只要是有ANSI C 編譯器的平台都可以編譯，你可以看到它可以在幾乎所有的平台上運行:從 Windows 到Linux，同樣Mac平台也沒問題, 再到移動平台、游戲主機，甚至瀏覽器也可以完美使用 (翻譯成JavaScript).

6、源碼小巧：20000行C代碼，可以編譯進182K的可執行文件，加載快，運行快。

四、代碼實現

本地緩存一份減庫存的lua腳本

local stockId = KEYS[1];
local decrNum = ARGV[1];
local result;
print('key為', stockId);
print('value為', decrNum);
local crtStock = redis.call('get', stockId);
print('當前庫存為 :', crtStock);
if crtStock == false or crtStock < decrNum then
    result = -2
else
    result = redis.call('decrBy', stockId, decrNum)
end
return result;

服務啟動時，將腳本內容加載至內存，由靜態字符串DECRBY_STOCK_SCRIPT接收

    /**
     * 減庫存腳本
     */
    private static String DECRBY_STOCK_SCRIPT = "";

    /**
     * 初始化bean后，將加減庫存的lua腳本加載至內存中
     */
    @PostConstruct
    public void loadLuaScript() {

        InputStream certStream = null;
        BufferedReader br = null;
        try {
            certStream = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResourceAsStream("lua/decrByStock.lua");
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(certStream, "UTF-8"));
            StringBuilder luaStr = new StringBuilder();
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                luaStr.append(line).append(" ");
            }
            DECRBY_STOCK_SCRIPT = luaStr.toString();
            LOGGER.info("減庫存腳本初始化加載完畢，內容為：" + DECRBY_STOCK_SCRIPT);

        } catch (Exception e) {
            LOGGER.error("初始化庫存管理Controller bean，加載操作庫存腳本失敗！" + e);
        } finally {
            if (certStream != null) {
                try {
                    certStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (br != null) {
                try {
                    br.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

在服務啟動時，會打印相應的日志

減庫存邏輯代碼

    /**
     * 減庫存（基於lua腳本實現）
     *
     * @param trace 請求流水
     * @param stockManageReq（stockId、decrNum）
     * @return -1為失敗，大於-1的正整數為減后的庫存量，-2為庫存不足無法減庫存
     */
    @Override
    @ApiOperation(value = "減庫存", notes = "減庫存")
    @RequestMapping(value = "/decrByStock", method = RequestMethod.POST, consumes = MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8_VALUE, produces = MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8_VALUE)
    public int decrByStock(@RequestHeader(name = "Trace") String trace, @RequestBody StockManageReq stockManageReq) {

        long startTime = System.currentTimeMillis();

        LOGGER.reqPrint(Log.CACHE_SIGN, Log.CACHE_REQUEST, trace, "decrByStock", JSON.toJSONString(stockManageReq));

        int res = 0;
        String stockId = stockManageReq.getStockId();
        Integer decrNum = stockManageReq.getDecrNum();

        if (StringUtils.isBlank(DECRBY_STOCK_SCRIPT)) {
            LOGGER.error("減庫存腳本為空！操作終止");
            return -1;
        }
        LOGGER.info("減庫存腳本內容為：" + DECRBY_STOCK_SCRIPT);

        try {
            if (null != stockId && null != decrNum) {

                stockId = PREFIX + stockId;

                // 加減庫存lua腳本執行
                Long result = (Long) this.evalshaScript(stockId, decrNum, DECRBY_STOCK_SCRIPT);

                LOGGER.info("腳本執行結果，result=" + result);

                res = result.intValue();
            }
        } catch (Exception e) {
            LOGGER.error(trace, "decr sku stock failure.", e);
            res = -1;
        } finally {
            LOGGER.respPrint(Log.CACHE_SIGN, Log.CACHE_RESPONSE, trace, "decrByStock", System.currentTimeMillis() - startTime, String.valueOf(res));
        }
        return res;
    }

    /**
     * 加減庫存lua腳本執行
     *
     * @param stockId 庫存id
     * @param changeNum 加減庫存的量
     * @param script lua腳本
     * @return 執行結果
     */
    private Object evalshaScript(String stockId, Integer changeNum, String script) {

        Object result = null;
        try (Jedis jedis = jedisPool.getWriteResource()) {
            if (jedis.select(0).equals("OK")) {
                // 將腳本緩存值redis server端，並返回腳本的唯一標識id
                String sha = jedis.scriptLoad(script);

                // 調用evalsha方法，執行腳本
                result = jedis.evalsha(sha, 1, stockId, String.valueOf(changeNum));
            }
        }
        return result;
    }

五、ab壓測

5W請求，100並發，tps達到了4500，並且沒有錯誤，相當強悍了

 六、總結

lua腳本實現，可以保證正確性的同時，完全能夠保證數據的一致性，可靠性方面就需要腳本的健壯性來保證，總之，效率比redisson、zk分布式鎖要高太多，推薦使用