高并发场景秒杀抢购超卖Bug实战重现

喜欢猪猪2024-12-15 10:48

引言

在电商平台的秒杀活动中，高并发场景下的抢购超卖Bug是一个常见且棘手的问题。一旦处理不当，不仅会引发用户投诉，还会对商家的信誉和利益造成严重损害。本文将详细介绍秒杀抢购超卖Bug的背景历史、业务场景、底层原理以及Java代码实现，旨在帮助开发者更好地理解和解决这一问题。

背景历史

秒杀活动的起源与发展

秒杀活动起源于电商平台的促销活动，旨在通过限时限量的低价商品吸引大量用户参与，从而提升平台流量和销售额。随着电商行业的快速发展，秒杀活动逐渐成为各大电商平台的标配，每年双11、618等大型购物节期间，秒杀活动更是成为用户抢购的热点。

超卖问题的出现与影响

然而，在高并发场景下，秒杀活动往往面临超卖问题的挑战。所谓超卖，是指在商品库存已经售罄的情况下，系统仍然允许用户下单购买，导致实际售出的商品数量超过库存数量。超卖问题不仅会导致商家亏损，还会引发用户投诉和信任危机，对平台的声誉和长期发展造成严重影响。

业务场景

秒杀活动的典型特点

秒杀活动具有以下几个典型特点：

  1. 定时触发，流量瞬间突增：秒杀活动通常在固定时间点开始，用户会在活动开始前大量涌入，导致系统流量瞬间突增。
  2. 请求量远大于库存量：由于秒杀商品的价格远低于市场价，因此会吸引大量用户参与抢购，导致请求量远大于库存量。
  3. 业务逻辑简单，但并发要求高：秒杀活动的业务逻辑相对简单，主要是库存扣减和订单生成，但对系统的并发处理能力要求极高。

秒杀流程概述

秒杀流程通常包括以下几个步骤：

  1. 用户请求秒杀：用户在秒杀活动开始后，通过前端页面发起秒杀请求。
  2. 系统校验请求：系统对用户的秒杀请求进行校验，包括用户身份验证、商品库存检查等。
  3. 库存扣减：如果校验通过，系统执行库存扣减操作，将商品库存数量减一。
  4. 生成订单：库存扣减成功后，系统生成秒杀订单，并将订单信息存储到数据库中。
  5. 返回结果给用户：系统将秒杀结果返回给用户，包括秒杀成功或失败的信息。

底层原理

数据库层面的并发控制

在高并发场景下，数据库层面的并发控制是防止超卖问题的关键。常见的并发控制手段包括悲观锁、乐观锁和分布式锁等。

悲观锁

悲观锁是一种独占锁，它在数据读取时就会对数据进行加锁，以防止其他事务对数据进行修改。在秒杀场景中，可以使用数据库的排他锁（如MySQL的SELECT ... FOR UPDATE）来实现悲观锁。然而，悲观锁会导致其他事务在读取数据时被阻塞，从而降低系统的并发处理能力。

乐观锁

乐观锁是一种乐观的并发控制手段，它假设在数据读取到提交更新的这段时间内，数据不会被其他事务修改。在更新数据时，乐观锁会检查数据是否被其他事务修改过，如果被修改过，则放弃更新操作。在秒杀场景中，可以使用数据库的版本号（如MySQL的version字段）来实现乐观锁。然而，乐观锁在高并发场景下可能存在更新成功率较低的问题。

分布式锁

分布式锁是一种跨进程的锁机制，它可以在分布式系统中实现多个进程之间的互斥。在秒杀场景中，可以使用Redis等分布式缓存系统来实现分布式锁。然而，分布式锁的实现需要考虑锁的失效问题、死锁问题等。

缓存层面的优化

为了减轻数据库的压力，提高系统的并发处理能力，可以在缓存层面进行优化。常见的缓存优化手段包括使用Redis等内存数据库来缓存库存数据、使用消息队列来削峰填谷等。

Redis缓存库存数据

在秒杀活动开始前，可以将商品库存数据加载到Redis缓存中。在秒杀过程中，系统可以直接从Redis缓存中读取库存数据，并执行库存扣减操作。这样可以避免直接访问数据库，从而减轻数据库的压力。

消息队列削峰填谷

在秒杀活动开始前，可以将用户的秒杀请求写入消息队列中。后端服务可以按照顺序从消息队列中消费秒杀请求，并执行库存扣减和订单生成操作。这样可以将高并发的秒杀请求分散到不同的时间段内处理，从而避免系统瞬间过载。

Java代码实现

环境准备

在进行Java代码实现之前，需要准备以下环境：

  • JDK：Java开发工具包，用于编译和运行Java代码。
  • Maven：项目构建工具，用于管理项目的依赖和构建过程。
  • Redis：分布式缓存系统，用于缓存库存数据和实现分布式锁。
  • MySQL：关系型数据库管理系统，用于存储商品和订单数据。

项目结构

项目结构如下：

复制代码 
复制代码
seckill-demo
├── src
│   ├── main
│   │   ├── java
│   │   │   └── com
│   │   │       └── example
│   │   │           └── seckill
│   │   │               ├── SeckillApplication.java
│   │   │               ├── controller
│   │   │               │   └── SeckillController.java
│   │   │               ├── service
│   │   │               │   ├── SeckillService.java
│   │   │               │   └── impl
│   │   │               │       └── SeckillServiceImpl.java
│   │   │               ├── repository
│   │   │               │   └── SeckillRepository.java
│   │   │               └── util
│   │   │                   └── RedisLockUtil.java
│   │   └── resources
│   │       ├── application.properties
│   │       └── mybatis-config.xml
└── pom.xml

依赖配置

在pom.xml文件中添加项目所需的依赖：

java 复制代码 
<dependencies>
<!-- Spring Boot Starter Web -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<!-- Spring Boot Starter Data JPA -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
</dependency>
<!-- MySQL Connector -->
<dependency>
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
</dependency>
<!-- Redis Client -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>
<!-- MyBatis Spring Boot Starter -->
<dependency>
<groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
<artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
<version>2.2.0</version>
</dependency>
<!-- Lombok -->
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<optional>true</optional>
</dependency>
</dependencies>

数据库配置

在application.properties文件中配置数据库连接信息：

java 复制代码 
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/seckill_demo?useSSL=false&serverTimezone=UTC
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=root
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update
spring.jpa.show-sql=true
spring.jpa.properties.hibernate.dialect=org.hibernate.dialect.MySQL5Dialect

实体类

创建商品和订单实体类：

java 复制代码 
package com.example.seckill.entity;
import lombok.Data;
import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.GenerationType;
import javax.persistence.Id;
@Data
@Entity
public class SeckillGoods {
@Id
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
private Long id;
private String name;
private Integer stock;
private Integer price;
}
@Data
@Entity
public class SeckillOrder {
@Id
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
private Long id;
private Long userId;
private Long goodsId;
private Integer orderPrice;
private Integer orderStatus;
}

Repository接口

创建商品和订单的Repository接口：

java 复制代码 
package com.example.seckill.repository;
import com.example.seckill.entity.SeckillGoods;
import com.example.seckill.entity.SeckillOrder;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.stereotype.Repository;
@Repository
public interface SeckillGoodsRepository extends JpaRepository<SeckillGoods, Long> {
}
@Repository
public interface SeckillOrderRepository extends JpaRepository<SeckillOrder, Long> {
}

Service层

创建秒杀服务接口和实现类：

java 复制代码 
package com.example.seckill.service;
import com.example.seckill.entity.SeckillGoods;
import com.example.seckill.entity.SeckillOrder;
public interface SeckillService {
    SeckillGoods getGoodsById(Long goodsId);
boolean reduceStock(Long goodsId);
    SeckillOrder createOrder(Long userId, Long goodsId);
}
package com.example.seckill.service.impl;
import com.example.seckill.entity.SeckillGoods;
import com.example.seckill.entity.SeckillOrder;
import com.example.seckill.repository.SeckillGoodsRepository;
import com.example.seckill.repository.SeckillOrderRepository;
import com.example.seckill.service.SeckillService;
import com.example.seckill.util.RedisLockUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
@Service
public class SeckillServiceImpl implements SeckillService {
@Autowired
private SeckillGoodsRepository goodsRepository;
@Autowired
private SeckillOrderRepository orderRepository;
@Autowired
private StringRedisTemplate redisTemplate;
@Override
public SeckillGoods getGoodsById(Long goodsId) {
return goodsRepository.findById(goodsId).orElse(null);
    }
@Override
@Transactional
public boolean reduceStock(Long goodsId) {
// 使用Redis分布式锁防止超卖
String lockKey = "seckill_lock_" + goodsId;
boolean lockAcquired = RedisLockUtil.tryLock(redisTemplate, lockKey, 10);
if (!lockAcquired) {
return false; // 获取锁失败，返回秒杀失败
        }
try {
SeckillGoods goods = goodsRepository.findById(goodsId).orElse(null);
if (goods == null || goods.getStock() <= 0) {
return false; // 商品不存在或库存不足，返回秒杀失败
            }
            goods.setStock(goods.getStock() - 1);
            goodsRepository.save(goods);
return true; // 库存扣减成功，返回秒杀成功
        } finally {
            RedisLockUtil.unlock(redisTemplate, lockKey); // 释放锁
        }
    }
@Override
@Transactional
public SeckillOrder createOrder(Long userId, Long goodsId) {
SeckillOrder order = new SeckillOrder();
        order.setUserId(userId);
        order.setGoodsId(goodsId);
        order.setOrderPrice(getGoodsById(goodsId).getPrice());
        order.setOrderStatus(1); // 假设订单状态为1表示已支付
return orderRepository.save(order);
    }
}

Redis分布式锁工具类

创建Redis分布式锁工具类：

java 复制代码 
package com.example.seckill.util;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Component
public class RedisLockUtil {
public static boolean tryLock(StringRedisTemplate redisTemplate, String lockKey, int expireTime) {
Boolean result = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "1", expireTime, TimeUnit.SECONDS);
return Boolean.TRUE.equals(result);
    }
public static void unlock(StringRedisTemplate redisTemplate, String lockKey) {
        redisTemplate.delete(lockKey);
    }
}

Controller层

创建秒杀控制器：

java 复制代码 
package com.example.seckill.controller;
import com.example.seckill.entity.SeckillGoods;
import com.example.seckill.entity.SeckillOrder;
import com.example.seckill.service.SeckillService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;
@RestController
@RequestMapping("/seckill")
public class SeckillController {
@Autowired
private SeckillService seckillService;
@GetMapping("/goods/{id}")
public SeckillGoods getGoodsById(@PathVariable Long id) {
return seckillService.getGoodsById(id);
    }
@PostMapping("/seckill/{id}")
public String seckill(@PathVariable Long id, @RequestParam Long userId) {
if (seckillService.reduceStock(id)) {
SeckillOrder order = seckillService.createOrder(userId, id);
return "秒杀成功，订单ID：" + order.getId();
        } else {
return "秒杀失败，库存不足";
        }
    }
}

启动类

创建Spring Boot启动类：

java 复制代码 
package com.example.seckill;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication
public class SeckillApplication {
public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SeckillApplication.class, args);
    }
}

实战重现

数据库初始化

在MySQL数据库中创建商品和订单表，并插入初始数据：

sql 复制代码 
CREATE TABLE seckill_goods (
    id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255) NOT NULL,
    stock INT NOT NULL,
    price INT NOT NULL
);
CREATE TABLE seckill_order (
    id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    user_id BIGINT NOT NULL,
    goods_id BIGINT NOT NULL,
    order_price INT NOT NULL,
    order_status INT NOT NULL
);
INSERT INTO seckill_goods (name, stock, price) VALUES ('iPhone 14', 10, 4999);

启动项目

启动Spring Boot项目，确保Redis和MySQL服务已经启动。

模拟秒杀请求

使用Postman或curl等工具模拟秒杀请求，例如：

复制代码 
bash复制代码
curl -X POST "http://localhost:8080/seckill/seckill/1?userId=123456"

观察结果

在秒杀过程中，观察Redis缓存中的库存变化以及MySQL数据库中订单表的记录。确保在高并发场景下不会出现超卖问题。

总结

本文通过背景历史、业务场景、底层原理以及Java代码实现等方面详细介绍了高并发场景秒杀抢购超卖Bug的实战重现。通过使用Redis分布式锁和数据库乐观锁等手段，可以有效防止超卖问题的发生。同时，通过缓存优化和消息队列削峰填谷等策略，可以进一步提高系统的并发处理能力和稳定性。希望本文能够帮助开发者更好地理解和解决秒杀抢购超卖Bug问题。

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