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实现高并发秒杀的 7 种方式,写的太好了,建议收藏!!

来源:博客园

1.引言

高并发场景在现场的日常工作中很常见,特别是在互联网公司中,这篇文章就来通过秒杀商品来模拟高并发的场景。文章末尾会附上文章的所有代码、脚本和测试用例。

  • 本文环境:SpringBoot 2.5.7 + MySQL 8.0 X + MybatisPlus + Swagger2.9.2
  • 模拟工具:Jmeter
  • 模拟场景:减库存->创建订单->模拟支付

2.商品秒杀-超卖

在开发中,对于下面的代码,可能很熟悉:在Service里面加上@Transactional事务注解和Lock锁。

Spring Boot 基础就不介绍了,推荐看这个免费教程:


(资料图)

https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice

控制层:Controller

@ApiOperation(value="秒杀实现方式——Lock加锁")@PostMapping("/start/lock")public Result startLock(long skgId){    try {        log.info("开始秒杀方式一...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        Result result = secondKillService.startSecondKillByLock(skgId, userId);        if(result != null){            log.info("用户:{}--{}", userId, result.get("msg"));        }else{            log.info("用户:{}--{}", userId, "哎呦喂,人也太多了,请稍后!");        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    } finally {    }    return Result.ok();}

业务层:Service

@Override@Transactional(rollbackFor = Exception.class)public Result startSecondKillByLock(long skgId, long userId) {    lock.lock();    try {        // 校验库存        SecondKill secondKill = secondKillMapper.selectById(skgId);        Integer number = secondKill.getNumber();        if (number > 0) {            // 扣库存            secondKill.setNumber(number - 1);            secondKillMapper.updateById(secondKill);            // 创建订单            SuccessKilled killed = new SuccessKilled();            killed.setSeckillId(skgId);            killed.setUserId(userId);            killed.setState((short) 0);            killed.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            successKilledMapper.insert(killed);            // 模拟支付            Payment payment = new Payment();            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setUserId(userId);            payment.setMoney(40);            payment.setState((short) 1);            payment.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            paymentMapper.insert(payment);        } else {            return Result.error(SecondKillStateEnum.END);        }    } catch (Exception e) {        throw new ScorpiosException("异常了个乖乖");    } finally {        lock.unlock();    }    return Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);}

对于上面的代码应该没啥问题吧,业务方法上加事务,在处理业务的时候加锁。

但上面这样写法是有问题的,会出现超卖的情况,看下测试结果:模拟1000个并发,抢100商品。

这里在业务方法开始加了锁,在业务方法结束后释放了锁。但这里的事务提交却不是这样的,有可能在事务提交之前,就已经把锁释放了,这样会导致商品超卖现象。所以加锁的时机很重要!

3. 解决商品超卖

对于上面超卖现象,主要问题出现在事务中锁释放的时机,事务未提交之前,锁已经释放。(事务提交是在整个方法执行完)。如何解决这个问题呢,就是把加锁步骤提前

  • 可以在controller层进行加锁
  • 可以使用Aop在业务方法执行之前进行加锁

3.1 方式一(改进版加锁)

@ApiOperation(value="秒杀实现方式——Lock加锁")@PostMapping("/start/lock")public Result startLock(long skgId){    // 在此处加锁    lock.lock();    try {        log.info("开始秒杀方式一...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        Result result = secondKillService.startSecondKillByLock(skgId, userId);        if(result != null){            log.info("用户:{}--{}", userId, result.get("msg"));        }else{            log.info("用户:{}--{}", userId, "哎呦喂,人也太多了,请稍后!");        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    } finally {        // 在此处释放锁        lock.unlock();    }    return Result.ok();}

上面这样的加锁就可以解决事务未提交之前,锁释放的问题,可以分三种情况进行压力测试:

  • 并发数1000,商品100
  • 并发数1000,商品1000
  • 并发数2000,商品1000

对于并发量大于商品数的情况,商品秒杀一般不会出现少卖的请况,但对于并发数小于等于商品数的时候可能会出现商品少卖情况,这也很好理解。

对于没有问题的情况就不贴图了,因为有很多种方式,贴图会太多

3.2 方式二(AOP版加锁)

对于上面在控制层进行加锁的方式,可能显得不优雅,那就还有另一种方式进行在事务之前加锁,那就是AOP。

推荐一个开源免费的 Spring Boot 最全教程:

https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice

自定义AOP注解

@Target({ElementType.PARAMETER, ElementType.METHOD})@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Documentedpublic  @interface ServiceLock {    String description()  default "";}

定义切面类

@Slf4j@Component@Scope@Aspect@Order(1) //order越小越是最先执行,但更重要的是最先执行的最后结束public class LockAspect {    /**     * 思考:为什么不用synchronized     * service 默认是单例的,并发下lock只有一个实例     */    private static  Lock lock = new ReentrantLock(true); // 互斥锁 参数默认false,不公平锁    // Service层切点     用于记录错误日志    @Pointcut("@annotation(com.scorpios.secondkill.aop.ServiceLock)")    public void lockAspect() {    }    @Around("lockAspect()")    public  Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint) {        lock.lock();        Object obj = null;        try {            obj = joinPoint.proceed();        } catch (Throwable e) {            e.printStackTrace();   throw new RuntimeException();        } finally{            lock.unlock();        }        return obj;    }}

在业务方法上添加AOP注解

@Override@ServiceLock // 使用Aop进行加锁@Transactional(rollbackFor = Exception.class)public Result startSecondKillByAop(long skgId, long userId) {    try {        // 校验库存        SecondKill secondKill = secondKillMapper.selectById(skgId);        Integer number = secondKill.getNumber();        if (number > 0) {            //扣库存            secondKill.setNumber(number - 1);            secondKillMapper.updateById(secondKill);            //创建订单            SuccessKilled killed = new SuccessKilled();            killed.setSeckillId(skgId);            killed.setUserId(userId);            killed.setState((short) 0);            killed.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            successKilledMapper.insert(killed);            //支付            Payment payment = new Payment();            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setUserId(userId);            payment.setMoney(40);            payment.setState((short) 1);            payment.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            paymentMapper.insert(payment);        } else {            return Result.error(SecondKillStateEnum.END);        }    } catch (Exception e) {        throw new ScorpiosException("异常了个乖乖");    }    return Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);}

控制层:

@ApiOperation(value="秒杀实现方式二——Aop加锁")@PostMapping("/start/aop")public Result startAop(long skgId){    try {        log.info("开始秒杀方式二...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        Result result = secondKillService.startSecondKillByAop(skgId, userId);        if(result != null){            log.info("用户:{}--{}", userId, result.get("msg"));        }else{            log.info("用户:{}--{}", userId, "哎呦喂,人也太多了,请稍后!");        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    return Result.ok();}

这种方式在对锁的使用上,更高阶、更美观!

3.3 方式三(悲观锁一)

除了上面在业务代码层面加锁外,还可以使用数据库自带的锁进行并发控制。

悲观锁,什么是悲观锁呢?通俗的说,在做任何事情之前,都要进行加锁确认。这种数据库级加锁操作效率较低。

使用for update一定要加上事务,当事务处理完后,for update才会将行级锁解除

如果请求数和秒杀商品数量一致,会出现少卖

@ApiOperation(value="秒杀实现方式三——悲观锁")@PostMapping("/start/pes/lock/one")public Result startPesLockOne(long skgId){    try {        log.info("开始秒杀方式三...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        Result result = secondKillService.startSecondKillByUpdate(skgId, userId);        if(result != null){            log.info("用户:{}--{}", userId, result.get("msg"));        }else{            log.info("用户:{}--{}", userId, "哎呦喂,人也太多了,请稍后!");        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    return Result.ok();}

业务逻辑

@Override@Transactional(rollbackFor = Exception.class)public Result startSecondKillByUpdate(long skgId, long userId) {    try {        // 校验库存-悲观锁        SecondKill secondKill = secondKillMapper.querySecondKillForUpdate(skgId);        Integer number = secondKill.getNumber();        if (number > 0) {            //扣库存            secondKill.setNumber(number - 1);            secondKillMapper.updateById(secondKill);            //创建订单            SuccessKilled killed = new SuccessKilled();            killed.setSeckillId(skgId);            killed.setUserId(userId);            killed.setState((short) 0);            killed.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            successKilledMapper.insert(killed);            //支付            Payment payment = new Payment();            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setUserId(userId);            payment.setMoney(40);            payment.setState((short) 1);            payment.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            paymentMapper.insert(payment);        } else {            return Result.error(SecondKillStateEnum.END);        }    } catch (Exception e) {        throw new ScorpiosException("异常了个乖乖");    } finally {    }    return Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);}

Dao层

@Repositorypublic interface SecondKillMapper extends BaseMapper {    /**     * 将此行数据进行加锁,当整个方法将事务提交后,才会解锁     * @param skgId     * @return     */    @Select(value = "SELECT * FROM seckill WHERE seckill_id=#{skgId} FOR UPDATE")    SecondKill querySecondKillForUpdate(@Param("skgId") Long skgId);}

上面是利用for update进行对查询数据加锁,加的是行锁

3.4 方式四(悲观锁二)

悲观锁的第二种方式就是利用update更新命令来加表锁

/** * UPDATE锁表 * @param skgId  商品id * @param userId    用户id * @return */@Override@Transactional(rollbackFor = Exception.class)public Result startSecondKillByUpdateTwo(long skgId, long userId) {    try {        // 不校验,直接扣库存更新        int result = secondKillMapper.updateSecondKillById(skgId);        if (result > 0) {            //创建订单            SuccessKilled killed = new SuccessKilled();            killed.setSeckillId(skgId);            killed.setUserId(userId);            killed.setState((short) 0);            killed.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            successKilledMapper.insert(killed);            //支付            Payment payment = new Payment();            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setSeckillId(skgId);            payment.setUserId(userId);            payment.setMoney(40);            payment.setState((short) 1);            payment.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));            paymentMapper.insert(payment);        } else {            return Result.error(SecondKillStateEnum.END);        }    } catch (Exception e) {        throw new ScorpiosException("异常了个乖乖");    } finally {    }    return Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);}

Dao层

@Repositorypublic interface SecondKillMapper extends BaseMapper {    /**     * 将此行数据进行加锁,当整个方法将事务提交后,才会解锁     * @param skgId     * @return     */    @Select(value = "SELECT * FROM seckill WHERE seckill_id=#{skgId} FOR UPDATE")    SecondKill querySecondKillForUpdate(@Param("skgId") Long skgId);    @Update(value = "UPDATE seckill SET number=number-1 WHERE seckill_id=#{skgId} AND number > 0")    int updateSecondKillById(@Param("skgId") long skgId);}

3.5 方式五(乐观锁)

乐观锁,顾名思义,就是对操作结果很乐观,通过利用version字段来判断数据是否被修改

乐观锁,不进行库存数量的校验,直接做库存扣减

这里使用的乐观锁会出现大量的数据更新异常(抛异常就会导致购买失败)、如果配置的抢购人数比较少、比如120:100(人数:商品) 会出现少买的情况,不推荐使用乐观锁。

@ApiOperation(value="秒杀实现方式五——乐观锁")@PostMapping("/start/opt/lock")public Result startOptLock(long skgId){    try {        log.info("开始秒杀方式五...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        // 参数添加了购买数量        Result result = secondKillService.startSecondKillByPesLock(skgId, userId,1);        if(result != null){            log.info("用户:{}--{}", userId, result.get("msg"));        }else{            log.info("用户:{}--{}", userId, "哎呦喂,人也太多了,请稍后!");        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    return Result.ok();}@Override@Transactional(rollbackFor = Exception.class)public Result startSecondKillByPesLock(long skgId, long userId, int number) {    // 乐观锁,不进行库存数量的校验,直接    try {        SecondKill kill = secondKillMapper.selectById(skgId);        // 剩余的数量应该要大于等于秒杀的数量        if(kill.getNumber() >= number) {            int result = secondKillMapper.updateSecondKillByVersion(number,skgId,kill.getVersion());            if (result > 0) {                //创建订单                SuccessKilled killed = new SuccessKilled();                killed.setSeckillId(skgId);                killed.setUserId(userId);                killed.setState((short) 0);                killed.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));                successKilledMapper.insert(killed);                //支付                Payment payment = new Payment();                payment.setSeckillId(skgId);                payment.setSeckillId(skgId);                payment.setUserId(userId);                payment.setMoney(40);                payment.setState((short) 1);                payment.setCreateTime(new Timestamp(System.currentTimeMillis()));                paymentMapper.insert(payment);            } else {                return Result.error(SecondKillStateEnum.END);            }        }    } catch (Exception e) {        throw new ScorpiosException("异常了个乖乖");    } finally {    }    return Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);}@Repositorypublic interface SecondKillMapper extends BaseMapper {    /**     * 将此行数据进行加锁,当整个方法将事务提交后,才会解锁     * @param skgId     * @return     */    @Select(value = "SELECT * FROM seckill WHERE seckill_id=#{skgId} FOR UPDATE")    SecondKill querySecondKillForUpdate(@Param("skgId") Long skgId);    @Update(value = "UPDATE seckill SET number=number-1 WHERE seckill_id=#{skgId} AND number > 0")    int updateSecondKillById(@Param("skgId") long skgId);    @Update(value = "UPDATE seckill  SET number=number-#{number},version=version+1 WHERE seckill_id=#{skgId} AND version = #{version}")    int updateSecondKillByVersion(@Param("number") int number, @Param("skgId") long skgId, @Param("version")int version);}

乐观锁会出现大量的数据更新异常(抛异常就会导致购买失败),会出现少买的情况,不推荐使用乐观锁

3.6 方式六(阻塞队列)

利用阻塞队类,也可以解决高并发问题。其思想就是把接收到的请求按顺序存放到队列中,消费者线程逐一从队列里取数据进行处理,看下具体代码。

阻塞队列:这里使用静态内部类的方式来实现单例模式,在并发条件下不会出现问题。

// 秒杀队列(固定长度为100)public class SecondKillQueue {    // 队列大小    static final int QUEUE_MAX_SIZE = 100;    // 用于多线程间下单的队列    static BlockingQueue blockingQueue = new LinkedBlockingQueue(QUEUE_MAX_SIZE);    // 使用静态内部类,实现单例模式    private SecondKillQueue(){};    private static class SingletonHolder{        // 静态初始化器,由JVM来保证线程安全        private  static SecondKillQueue queue = new SecondKillQueue();    }    /**     * 单例队列     * @return     */    public static SecondKillQueue getSkillQueue(){        return SingletonHolder.queue;    }    /**     * 生产入队     * @param kill     * @throws InterruptedException     * add(e) 队列未满时,返回true;队列满则抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常——AbstractQueue     * put(e) 队列未满时,直接插入没有返回值;队列满时会阻塞等待,一直等到队列未满时再插入。     * offer(e) 队列未满时,返回true;队列满时返回false。非阻塞立即返回。     * offer(e, time, unit) 设定等待的时间,如果在指定时间内还不能往队列中插入数据则返回false,插入成功返回true。     */    public  Boolean  produce(SuccessKilled kill) {        return blockingQueue.offer(kill);    }    /**     * 消费出队     * poll() 获取并移除队首元素,在指定的时间内去轮询队列看有没有首元素有则返回,否者超时后返回null     * take() 与带超时时间的poll类似不同在于take时候如果当前队列空了它会一直等待其他线程调用notEmpty.signal()才会被唤醒     */    public  SuccessKilled consume() throws InterruptedException {        return blockingQueue.take();    }    /**     * 获取队列大小     * @return     */    public int size() {        return blockingQueue.size();    }}

消费秒杀队列:实现ApplicationRunner接口

// 消费秒杀队列@Slf4j@Componentpublic class TaskRunner implements ApplicationRunner{    @Autowired    private SecondKillService seckillService;    @Override    public void run(ApplicationArguments var){        new Thread(() -> {            log.info("队列启动成功");            while(true){                try {                    // 进程内队列                    SuccessKilled kill = SecondKillQueue.getSkillQueue().consume();                    if(kill != null){                        Result result = seckillService.startSecondKillByAop(kill.getSeckillId(), kill.getUserId());                        if(result != null && result.equals(Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS))){                            log.info("TaskRunner,result:{}",result);                            log.info("TaskRunner从消息队列取出用户,用户:{}{}",kill.getUserId(),"秒杀成功");                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }).start();    }}@ApiOperation(value="秒杀实现方式六——消息队列")@PostMapping("/start/queue")public Result startQueue(long skgId){    try {        log.info("开始秒杀方式六...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        SuccessKilled kill = new SuccessKilled();        kill.setSeckillId(skgId);        kill.setUserId(userId);        Boolean flag = SecondKillQueue.getSkillQueue().produce(kill);        // 虽然进入了队列,但是不一定能秒杀成功 进队出队有时间间隙        if(flag){            log.info("用户:{}{}",kill.getUserId(),"秒杀成功");        }else{            log.info("用户:{}{}",userId,"秒杀失败");        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    return Result.ok();}

注意:在业务层和AOP方法中,不能抛出任何异常, throw new RuntimeException()这些抛异常代码要注释掉。因为一旦程序抛出异常就会停止,导致消费秒杀队列进程终止!

使用阻塞队列来实现秒杀,有几点要注意:

  • 消费秒杀队列中调用业务方法加锁与不加锁情况一样,也就是seckillService.startSecondKillByAop()seckillService.startSecondKillByLock()方法结果一样,这也很好理解
  • 当队列长度与商品数量一致时,会出现少卖的现象,可以调大数值
  • 下面是队列长度1000,商品数量1000,并发数2000情况下出现的少卖

3.7.方式七(Disruptor队列)

Disruptor是个高性能队列,研发的初衷是解决内存队列的延迟问题,在性能测试中发现竟然与I/O操作处于同样的数量级,基于Disruptor开发的系统单线程能支撑每秒600万订单。

// 事件生成工厂(用来初始化预分配事件对象)public class SecondKillEventFactory implements EventFactory {    @Override    public SecondKillEvent newInstance() {        return new SecondKillEvent();    }}// 事件对象(秒杀事件)public class SecondKillEvent implements Serializable {    private static final long serialVersionUID = 1L;    private long seckillId;    private long userId; // set/get方法略}// 使用translator方式生产者public class SecondKillEventProducer {    private final static EventTranslatorVararg translator = (seckillEvent, seq, objs) -> {        seckillEvent.setSeckillId((Long) objs[0]);        seckillEvent.setUserId((Long) objs[1]);    };    private final RingBuffer ringBuffer;    public SecondKillEventProducer(RingBuffer ringBuffer){        this.ringBuffer = ringBuffer;    }    public void secondKill(long seckillId, long userId){        this.ringBuffer.publishEvent(translator, seckillId, userId);    }}// 消费者(秒杀处理器)@Slf4jpublic class SecondKillEventConsumer implements EventHandler {    private SecondKillService secondKillService = (SecondKillService) SpringUtil.getBean("secondKillService");    @Override    public void onEvent(SecondKillEvent seckillEvent, long seq, boolean bool) {        Result result = secondKillService.startSecondKillByAop(seckillEvent.getSeckillId(), seckillEvent.getUserId());        if(result.equals(Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS))){            log.info("用户:{}{}",seckillEvent.getUserId(),"秒杀成功");        }    }}public class DisruptorUtil {    static Disruptor disruptor;    static{        SecondKillEventFactory factory = new SecondKillEventFactory();        int ringBufferSize = 1024;        ThreadFactory threadFactory = runnable -> new Thread(runnable);        disruptor = new Disruptor<>(factory, ringBufferSize, threadFactory);        disruptor.handleEventsWith(new SecondKillEventConsumer());        disruptor.start();    }    public static void producer(SecondKillEvent kill){        RingBuffer ringBuffer = disruptor.getRingBuffer();        SecondKillEventProducer producer = new SecondKillEventProducer(ringBuffer);        producer.secondKill(kill.getSeckillId(),kill.getUserId());    }}@ApiOperation(value="秒杀实现方式七——Disruptor队列")@PostMapping("/start/disruptor")public Result startDisruptor(long skgId){    try {        log.info("开始秒杀方式七...");        final long userId = (int) (new Random().nextDouble() * (99999 - 10000 + 1)) + 10000;        SecondKillEvent kill = new SecondKillEvent();        kill.setSeckillId(skgId);        kill.setUserId(userId);        DisruptorUtil.producer(kill);    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    return Result.ok();}

经过测试,发现使用Disruptor队列队列,与自定义队列有着同样的问题,也会出现超卖的情况,但效率有所提高。

4. 小结

对于上面七种实现并发的方式,做一下总结:

  • 一、二方式是在代码中利用锁和事务的方式解决了并发问题,主要解决的是锁要加载事务之前
  • 三、四、五方式主要是数据库的锁来解决并发问题,方式三是利用for upate对表加行锁,方式四是利用update来对表加锁,方式五是通过增加version字段来控制数据库的更新操作,方式五的效果最差
  • 六、七方式是通过队列来解决并发问题,这里需要特别注意的是,在代码中不能通过throw抛异常,否则消费线程会终止,而且由于进队和出队存在时间间隙,会导致商品少卖

上面所有的情况都经过代码测试,测试分一下三种情况:

  • 并发数1000,商品数100
  • 并发数1000,商品数1000
  • 并发数2000,商品数1000

思考:分布式情况下如何解决并发问题呢?下次继续试验。

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