springboot+redis分布式鎖-模擬搶單

本篇內容主要講解的是redis分布式鎖，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，這里建議使用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>

對於分布式鎖的生成通常需要注意如下幾個方面：

• 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后，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；這里jedis的setnx方式為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，但是后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；過期時間只是為了更有保障。

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;
    }

這里注意點在於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過期時間單位設置為毫秒（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，此時已到達了分布式鎖的條件。

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分鍾，本身用戶A獲取鎖后，沒遇到什么特殊情況正常生成了搶購訂單后，此時其他用戶應該能正常下單了才對，但是由於有個1分鍾后鎖才能自動釋放，那其他用戶在這1分鍾無法正常下單（因為鎖還是A用戶的），因此我們需要A用戶操作完后，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;
    }

這里也使用了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；

其實個人認為通過jedis的get方式獲取val后，然后再比較value是否是當前持有鎖的用戶，如果是那最后再刪除，效果其實相當；只不過直接通過eval執行腳本，這樣避免多一次操作了redis而已，縮短了原子操作的間隔。(如有不同見解請留言探討)；同樣這里創建個get方式的api來測試：

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

注意的是delnx時，需要傳遞創建鎖時的value，因為通過et的value與delnx的value來判斷是否是持有鎖的操作請求，只有value一樣才允許del；

模擬搶單動作(10w個人開搶)

有了上面對分布式鎖的粗略基礎，我們模擬下10w人搶單的場景，其實就是一個並發操作請求而已，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，然后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()) {
            //商品是否剩余
            if (nKuCuen <= 0) {
                break;
            }
            if (jedisCom.setnx(shangpingKey, b)) {
                //用戶b拿到鎖
                logger.info("用戶{}拿到鎖...", b);
                try {
                    //商品是否剩余
                    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，在超時范圍內繼續請求鎖，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 "";
    }

這里實現的邏輯是：

• 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
• 獲取鎖前和后都判斷庫存是否還足夠
• jedisCom.setnx(shangpingKey, b)：用戶獲取搶購鎖
• 獲取鎖后並下單成功，最后釋放鎖：jedisCom.delnx(shangpingKey, b)

再來看下記錄的日志結果：

最終返回搶購成功的用戶：