如何优雅地设计一个秒杀接口

小鱼儿 2023-10-11 15:29 48阅读 0赞

秒杀接口主要考虑的几个关键问题是数据库超卖、接口限流，让系统能抗住大并发量，抛出非法请求等。

*  乐观锁方式超卖  
    在大并发量下，首先要考虑的问题就是线程安全问题。秒杀的三个步骤大致可分为 1.根据商品id查询商品的库存 2.如果库存充足扣减库存并更新 3.生成订单。  
    为什么会出现超卖问题？
    
    假设总库存是100，第一个线程进来，查询没问题，并且让商品对象的库存减一，此时的库存数量更新为99，但是，没有更新数据库，这个线程的时间片就用完了
    
    第二个线程进来，查询没问题，并且让商品对象的库存减一  
    此时的库存数量更新为99，但是第二个线程还是没有更新数据库，这个线程的时间片就用完了
    
    第三个线程进来，查询没问题，并且让商品对象的库存减一  
    此时的库存数量更新为99，假设这个线程更新了数据库，那此时的数据库数量就是99,  
    此时第一个线程执行，又更新为了99，第二个线程执行，又更新为了99，所以这里产生了三个订单，但数据库商品的库存才扣减了1个。
    
    **解决办法**  
    1.使用 synchronized  
    2. 使用乐观锁  
    synchronized是一种悲观锁，会将整个方法同步，效率较低，而且synchronized和@Transactional注解一起使用时可能还会出现超卖问题。原因是@Transactional 本身也会有一个线程同步，而事务的这个线程同步的范围比sync的范围要大，也就是，sync释放了锁之后，这个事务线程控制的同步可能还没有提交下一个线程就进来了，也就是下一个线程可能会查询到上一个事务还没有提交的库存数量。 所以不要在业务层使用synchronized，因为可能会和事务注解产生问题，如果一定要用的话，可以使用在controller上。
    
    乐观锁的原理是在数据库每条记录上加一个version字段，然后更新的时候不但要更新库存，且每更新一次就把version加一，更新的条件是商品的id和之前的版本号。SQL示例如下：

<update id="updateStockByVersion">
            UPDATE stock set  sale = sale + 1 , version = version + 1
              where id = #{id} and version = #{version}
        </update>

由于数据库在更新时也会加锁，所以每一时刻只有一条SQL执行更新。我们按照刚才synchronized的流程来分析以下，首先第一个线程进来，查询库存假设第一个线程的库存是100，版本号是0，在更新SQL时没有了时间片，此时第二个线程进来，同样库存是100，版本号是0，在更新SQL时没有了时间片，第三个线程进来库存是100，版本号是0，第三个线程进行更新，将库存变为99，版本号+1变为1，但是更新的条件是id = 商品id and version = 当前线程的版本号，第三个线程的版本号是0，而数据库初始的版本号也是0，第三个线程更新成功，此时再第二个线程更新，由于第二个线程更新的时候的version为0，但数据库的version已经成为1，则更新失败。版本号的方式是一种乐观锁，因为大量的请求可能在判读库存这一步就由于库存不足返回了。

*  令牌桶实现限流

令牌桶算法的概述是每固定一段时间内产生一定数量的令牌，只有拿到令牌的线程才可以执行，如果拿不到可以等待，也可以规定一个时间，在某个时间窗口内拿不到就拒绝请求。

pom.xml引入令牌桶的实现。

<dependency>
    			<groupId>com.google.guava</groupId>
    			<artifactId>guava</artifactId>
    			<version>28.0-jre</version>
    		</dependency>

这个依赖提供了一个实现类：RateLimiter。  
1.RateLimiter.create(), acquire方法  
该方法可以传递一个参数，表示一秒内可以生成多少令牌，只有获取到令牌的线程才可以执行。  
2.tryAcquire方法  
该方法可以传递一个时间参数，表示多少单位时间内获取不到令牌就抛弃。

*  Redis缓存  
    在下单之前，可以先去redis中查询是否有这个要秒杀的商品，如果有，再继续下单，如果没有则拒绝下单。这里可能需要使用定时任务，在商品即将要开始秒杀的时候上线到Redis。
 *  接口隐藏  
    为了避免某些人可以恶意请求接口，在请求下单接口时需要携带一个MD5的令牌，而这个令牌可以在下单前先发送请求获取一下，我们将令牌同时存储到Redis中一份，并且验证redis中与请求携带的令牌是否一致。这样可以避免恶意请求秒杀接口，因为如果要获取秒杀令牌是首先需要登录的。
 *  限制单一用户的访问次数

针对于某个固定的用户在某一时间内访问频繁，我们可以使用redis来限制其访问次数。

@Override
        public boolean limitUser(Integer userId) {
        
            //判断用户的访问次数
            String count = redisTemplate.opsForValue().get(PREFIX + userId);
            if (StringUtils.isEmpty(count)){
        
                //单位时间内第一次访问
                redisTemplate.opsForValue().set(PREFIX + userId,"1",TIME_SECOND, TimeUnit.SECONDS);
                return true;
            }else {
        
                //单位时间内不是第一次访问
                int currentCount = Integer.parseInt(count);
                if (currentCount >= COUNT){
        
                    return false;
                }else {
        
                    //单位时间内没有达到访问次数的限制
                    currentCount++;
                    //更新的时候重新更新过期时间
                    Long expire = redisTemplate.getExpire(PREFIX + userId);
                    redisTemplate.opsForValue().set(PREFIX + userId,currentCount + "",expire,TimeUnit.SECONDS);
                    return true;
                }
            }
        }

主要流程是：首先我们需要规定每个用户在单位时间内的最大访问次数，如每个用户在20秒内最多可以访问5次，那么当用户请求接口时，根据用户Id，我们判断是否为第一次访问，如果为第一次访问，我们给redis中设置一个key，key要与用户id相关，而value就是访问此时，注意，要同时设置一个过期时间，而且在更新的时候也要获取过去时间设置，否则这个key就成了永不过期了。

以上五点设计在高并发接口下可以参考。