(四)库存超卖案例实战——优化redis分布式锁

北溟溟2023-10-30 8:12

前言

在上一节内容中，我们已经实现了使用redis分布式锁解决商品"超卖"的问题，本节内容是对redis分布式锁的优化。在上一节的redis分布式锁中，我们的锁有俩个可以优化的问题。第一，锁需要实现可重入，同一个线程不用重复去获取锁；第二，锁没有续期功能，导致业务没有执行完成就已经释放了锁，存在一定的并发访问问题。本案例中通过使用redis的hash数据结构实现可重入锁，使用Timer实现锁的续期功能，完成redis分布式锁的优化。最后，我们通过集成第三方redisson工具包，完成分布式锁以上俩点的优化内容。Redisson提供了简单易用的API，使得开发人员可以轻松地在分布式环境中使用Redis。

正文

  • **加锁的lua脚本：**使用exists和hexists指令判断是否存在锁，如果不存在或者存在锁并且该锁下面的field有值，就使用hincrby指令使锁的值加1，实现可重入，否则直接返回0，加锁失败。
Lua 复制代码 
if redis.call('exists', KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
"then " +
"   redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], 1) " +
"   redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
"   return 1 " +
"else " +
"   return 0 " +
"end"
  • **解锁的lua脚本:**使用hexists指令判断是否存在锁，如果为0，代表没有对应field字段的锁，直接返回nil；如果使用hincrby指令使锁field字段锁的值减少1之后值为0，代表锁已经不在占用，可以删除该锁；否则直接返回0，代表是可重入锁，锁还没有释放。
Lua 复制代码 
if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0 " +
"then " +
"   return nil " +
"elseif redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1) == 0 " +
"then " +
"   return redis.call('del', KEYS[1]) " +
"else " +
"   return 0 " +
"end"
  • **实现续期的lua脚本：**使用hexists指令判断锁的field值是否存在，如果值为1存在，则将该锁的过期时间更新，否则直接返回0，代表没有找到该锁，续期失败。
Lua 复制代码 
if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
"then " +
"   return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
"else " +
"   return 0 " +
"end";
  • 创建一个自定义的锁工具类MyRedisDistributeLock，实现加锁、解锁、续期功能
  • MyRedisDistributeLock实现
Lua 复制代码 
package com.ht.atp.plat.util;

import org.jetbrains.annotations.NotNull;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;

import java.util.Arrays;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;


public class MyRedisDistributeLock implements Lock {

    public MyRedisDistributeLock(StringRedisTemplate redisTemplate, String lockName, long expire) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.lockName = lockName;
        this.expire = expire;
        this.uuid = getId();
    }

    /**
     * redis工具类
     */
    private StringRedisTemplate redisTemplate;


    /**
     * 锁名称
     */
    private String lockName;

    /**
     * 过期时间
     */
    private Long expire;

    /**
     * 锁的值
     */
    private String uuid;

    @Override
    public void lock() {
        this.tryLock();
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() {

    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        try {
            return this.tryLock(-1L, TimeUnit.SECONDS);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return false;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, @NotNull TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        if (time != -1) {
            this.expire = unit.toSeconds(time);
        }
        String script = "if redis.call('exists', KEYS[1]) == 0 or redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
                "then " +
                "   redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], 1) " +
                "   redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
                "   return 1 " +
                "else " +
                "   return 0 " +
                "end";
        while (!this.redisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuid, String.valueOf(expire))) {
            Thread.sleep(50);
        }
//        //加锁成功后，自动续期
        this.renewExpire();
        return true;
    }

    @Override
    public void unlock() {
        String script = "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 0 " +
                "then " +
                "   return nil " +
                "elseif redis.call('hincrby', KEYS[1], ARGV[1], -1) == 0 " +
                "then " +
                "   return redis.call('del', KEYS[1]) " +
                "else " +
                "   return 0 " +
                "end";
        Long flag = this.redisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Long.class), Arrays.asList(lockName), uuid);
        if (flag == null) {
            throw new IllegalMonitorStateException("this lock doesn't belong to you!");
        }
    }

    @NotNull
    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }

    /**
     * 给线程拼接唯一标识
     *
     * @return
     */
    private String getId() {
        return UUID.randomUUID() + "-" + Thread.currentThread().getId();
    }


    private void renewExpire() {
        String script = "if redis.call('hexists', KEYS[1], ARGV[1]) == 1 " +
                "then " +
                "   return redis.call('expire', KEYS[1], ARGV[2]) " +
                "else " +
                "   return 0 " +
                "end";
        new Timer().schedule(new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("-------------------");
                Boolean flag = redisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, Boolean.class), Arrays.asList(lockName), uuid, String.valueOf(expire));
                if (flag) {
                    renewExpire();
                }
            }
        }, this.expire * 1000 / 3);
    }
}
  • 实现加锁功能
  • 实现解锁功能
  • 使用Timer实现锁的续期功能
  • 使用MyRedisDistributeLock实现库存的加锁业务
  • 使用自定义MyRedisDistributeLock工具类实现加锁业务
Lua 复制代码 
public void checkAndReduceStock() {
        //1.获取锁
        MyRedisDistributeLock myRedisDistributeLock = new MyRedisDistributeLock(stringRedisTemplate, "stock", 10);
        myRedisDistributeLock.lock();

        try {
            // 2. 查询库存数量
            String stockQuantity = stringRedisTemplate.opsForValue().get("P0001");
            // 3. 判断库存是否充足
            if (stockQuantity != null && stockQuantity.length() != 0) {
                Integer quantity = Integer.valueOf(stockQuantity);
                if (quantity > 0) {
                    // 4.扣减库存
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set("P0001", String.valueOf(--quantity));
                }
            } else {
                System.out.println("该库存不存在！");
            }
        } finally {
            myRedisDistributeLock.unlock();
        }
    }
  • 启动服务7000、7001、7002，压测优化后的自定义分布式锁：平均访问时间362ms,吞吐量每秒246，库存扣减为0，表明优化后的分布式锁是可用的。
  • 集成redisson工具包，使用第三方工具包实现分布式锁，完成并发访问"超卖"问题案例演示
Lua 复制代码 
<dependency>
	<groupId>org.redisson</groupId>
	<artifactId>redisson-spring-boot-starter</artifactId>
	<version>3.11.6</version>
</dependency>
  • 创建一个redisson配置类，引入redisson客户端工具
Lua 复制代码 
package com.ht.atp.plat.config;

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;


@Configuration
public class MyRedissonConfig {

    @Bean
    RedissonClient redissonClient() {
        Config config = new Config();
        config.useSingleServer()
                .setAddress("redis://192.168.110.88:6379");
        //配置看门狗的默认超时时间为30s,供续期使用
        config.setLockWatchdogTimeout(30000);
        return Redisson.create(config);
    }
}
  • 使用Redisson锁 实现"超卖"业务方法
Lua 复制代码 
//可重入锁
    @Override
    public void checkAndReduceStock() {
        // 1.加锁，获取锁失败重试
        RLock lock = this.redissonClient.getLock("lock");
        lock.lock();

        try {
            // 2. 查询库存数量
            String stockQuantity = stringRedisTemplate.opsForValue().get("P0001");
            // 3. 判断库存是否充足
            if (stockQuantity != null && stockQuantity.length() != 0) {
                Integer quantity = Integer.valueOf(stockQuantity);
                if (quantity > 0) {
                    // 4.扣减库存
                    stringRedisTemplate.opsForValue().set("P0001", String.valueOf(--quantity));
                }
            } else {
                System.out.println("该库存不存在！");
            }
        } finally {
            // 4.释放锁
            lock.unlock();
        }
    }
  • 开启7000、7001、7002服务，压测扣减库存接口
  • 压测结果：平均访问时间222ms，吞吐量为384每秒
  • 库存扣减结果为0

结语

综上所述，无论是自定义分布式锁还是使用redisson工具类，都能实现分布式锁解决并发访问的"超卖问题"，redisson工具使用集成更加方便简洁，推荐使用redisson工具包。本节内容到这里就结束了，我们下期见。。。。。。

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