day06-优惠券秒杀02

功能03-优惠券秒杀02

4.功能03-优惠券秒杀

4.4一人一单

4.4.1需求分析

要求:修改秒杀业务,要求同一个优惠券,一个用户只能下一单。

在之前的做法中,加入一个对用户id和优惠券id的判断,如果在优惠券下单表中已经存在,则表示该用户对于这张优惠券已经下过单了,不允许重复购买

4.4.2代码实现

(1)修改VoucherOrderServiceImpl的seckillVoucher方法,在扣减库存之前,加入如下逻辑:

//一人一单
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
//查询订单
int count = query().eq("user_id", userId).eq("voucher_id", voucherId).count();
if (count > 0) {//说明已经该用户已经对该优惠券下过单了
    return Result.fail("用户已经购买过一次!");
}

(2)使用jemeter进行测试:由同一个用户发起200个并发线程,进行下单请求

测试结果:查看数据库发现,秒杀券原本有100张,现在只剩下94张,也就是说一个用户抢购了多张同样的券

(3)原因分析:

因为是多线程并发操作,假设当前数据库中没有某个用户的对应券的订单,这时,有100个线程来执行(1)代码的逻辑,大家都来查询订单,都发现该用户没有下过订单,因此都进行之后的下单操作,于是一个用户就连续插入了多条订单记录。根本原因还是线程并发的安全问题。

(4)解决方案:使用悲观锁。

修改VoucherOrderServiceImpl:

我们将查询用户是否购买过某个优惠券的功能,以及扣减库存、下单功能抽取到一个方法createVoucherOrder()中,在seckillVoucher方法中,通过synchronized锁定对象(用户id),这样同一个用户发起多个线程时,多个线程同时只能有一个线程进入到createVoucherOrder()中(不同用户的不同线程不受影响),然后去判断是否符合业务,从而实现一人一单的问题。

package com.hmdp.service.impl;

import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.SeckillVoucher;
import com.hmdp.entity.VoucherOrder;
import com.hmdp.mapper.VoucherOrderMapper;
import com.hmdp.service.ISeckillVoucherService;
import com.hmdp.service.IVoucherOrderService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import com.hmdp.utils.RedisIdWorker;
import com.hmdp.utils.UserHolder;
import org.springframework.aop.framework.AopContext;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

import javax.annotation.Resource;
import java.time.LocalDateTime;

/**
 * 服务实现类
 *
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
@Service
public class VoucherOrderServiceImpl extends ServiceImpl<VoucherOrderMapper, VoucherOrder> implements IVoucherOrderService {
    @Resource
    private ISeckillVoucherService seckillVoucherService;
    @Resource
    private RedisIdWorker redisIdWorker;

    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        //根据id查询优惠券信息
        SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
        if (voucher == null) {
            return Result.fail("该优惠券不存在,请刷新!");
        }
        //判断秒杀券是否在有效时间内
        //若不在有效期,则返回异常结果
        if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀尚未开始!");
        }
        if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀已经结束!");
        }
        //若在有效期,判断库存是否充足
        if (voucher.getStock() < 1) {//库存不足
            return Result.fail("秒杀券库存不足!");
        }

        Long userId = UserHolder.getUser().getId();

        //即使是同一个userId,在不同线程中调用toString得到的是不同的字符串对象,synchronized无法锁定
        //因此这里还要使用intern()方法:
        //调用intern()时,如果常量池中已经包含一个等于这个String对象(由equals(Object)方法确定)的字符串,
        //则返回池中的字符串。否则将此String对象添加到常量池中并返回该String对象的引用
        
        //先获取锁,然后提交createVoucherOrder()的事务,再释放锁,才能确保线程是安全的
        synchronized (userId.toString().intern()) {
            //spring声明式事务的原理,通过aop的动态代理实现,获取到这个动态代理,让动态代理去调用方法
            IVoucherOrderService proxy =(IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        }
    }

    @Transactional
    public Result createVoucherOrder(Long voucherId) {
        //一人一单
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        //查询订单
        int count = query().eq("user_id", userId).eq("voucher_id", voucherId).count();
        if (count > 0) {//说明已经该用户已经对该优惠券下过单了
            return Result.fail("用户已经购买过一次!");
        }
        //库存充足,则扣减库存(操作秒杀券表)
        boolean success = seckillVoucherService.update()
                .setSql("stock = stock -1")//set stock = stock -1
                //where voucher_id =? and stock>0
                .gt("stock", 0).eq("voucher_id", voucherId).update();
        if (!success) {//操作失败
            return Result.fail("秒杀券库存不足!");
        }
        //扣减库存成功,则创建订单,返回订单id
        VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
        //设置订单id
        long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
        voucherOrder.setId(orderId);
        //设置用户id
        //Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        voucherOrder.setUserId(userId);
        //设置代金券id
        voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
        //将订单写入数据库(操作优惠券订单表)
        save(voucherOrder);

        return Result.ok(orderId);
    }
}

(5)引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.aspectj</groupId>
    <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
</dependency>

(6)主程序中添加注解@EnableAspectJAutoProxy:

(7)IVoucherOrderService中添加方法声明:

(8)重新进行(2)的测试。可以看到,同一个用户对一种优惠券同时发起200个线程请求下单,结果是:成功下单,且只能下单一次

4.5分布式锁

4.5.1问题提出(集群模式下的线程并发问题)

通过加锁,可以解决在单机情况下的一人一单安全问题,但是在集群模式下就不行了:

(1)我们将服务启动两份,端口分别为8081,8082:

View--Tool Windows--Services

点击add service,选择Run Configuration Type,选择SpringBoot

按如下步骤配置,然后点击apply

点击启动新的项目,形成一个集群:

(2)然后修改nginx的conf目录下的nginx.conf文件,配置反向代理和负载均衡:

命令行重新加载nginx配置:nginx.exe -s reload

(3)测试集群情况下,4.4实现的“一人一单”功能是否生效:

在VoucherOrderServiceImpl如下位置打上断点:

以debug方式启动两个服务端:

我们用一个用户发起两次请求:

测试结果如下:同一个用户的两个线程同时进入了对象锁中,对象锁失效了!

原来的数据:

现在:

说明在集群模式下出现了线程并发的安全问题

4.5.2原因分析

在单机服务器的情况下:

利用互斥锁解决了一人一单问题,确保了串行执行

在集群服务器的情况下:

如上图,在JVM1中,synchronized修饰的是对象(UserId),synchronized依赖于monitor对象—监视器锁来实现锁机制。由于userId相同,锁的监视器对象相同,因此当线程1来获取锁的时候,锁监视器会记录获取锁的对象。当线程2再来获取锁的时候,此时锁监视器发现不是记录的线程,于是线程2获取互斥锁失败。

但是当我们做集群部署的时候,一个节点意味着一个新的tomcat,同时也意味着一个新的JVM。不同的JVM拥有各自的堆、栈、方法区。

JVM2中,synchronized修饰的是也是对象(UserId),它的锁监视器和JVM1的不是同一个对象,当线程3来获取锁的时候,JVM2的锁监视器是空的,线程3可以获取互斥锁。

综上,锁监视器在JVM的内部可以监视到线程,实现互斥。但是,如果有多个JVM,就会有多个锁监视器,那么每一个JVM内部都会有一个线程获取互斥锁成功。这意味着在集群的情况下,可能出现线程的并发安全问题。

锁底层原理

要解决上述问题,我们需要想办法,让多个JVM只能使用同一把锁。

4.5.3解决方案

经过上述分析,我们已经知道在集群模式下,synchronized的锁失效了,要想解决这个问题,需要使用分布式锁。

分布式锁:满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

不同的分布式锁的实现方案:

分布式锁的核心是实现多线程之间互斥,满足这一点的方式有很多,常见的有三种:

这里利用redis来实现分布式锁。

4.5.4实现思路(基于Redis的分布式锁)

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法:

a. 获取锁:

  • 互斥,确保只能有一个线程获取锁
  • 非阻塞式:尝试一次,成功返回true,失败返回false
#添加锁,利用setnx的互斥特性
SETNX lock thread1
#添加锁过期时间,避免服务器宕机(非redis服务宕机)引起的死锁
EXPIRE lock 10

此外,还要保证senx lock valueexpire lock,两个操作是原子性的,否则可能会出现添加锁之候服务宕机的情况,这样就会出现死锁。因此,最好使用set命令一次性添加“锁”和设置过期时间。

操作说明:

127.0.0.1:6379> help SET

  SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]
  summary: Set the string value of a key
  since: 1.0.0
  group: string
#获取锁的最终方案:添加锁,NX是互斥,EX是设置超时时间
SET lock thread1 EX 10 NX

b. 释放锁:

  • 手动释放
  • 超时释放:获取锁时添加一个超时时间
#释放锁,删除即可
DEL key

整个流程:

4.5.5基于Redis实现分布式锁(初级版本)

(1)定义一个类,实现下面接口,利用Redis实现分布式锁功能

package com.hmdp.utils;

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
public interface ILock {
    /**
     * 尝试获取锁
     *
     * @param timeoutSec 锁持有的时间,过期后自动释放
     * @return true代表获取锁成功,false代表获取锁失败
     */
    public boolean tryLock(long timeoutSec);

    /**
     * 释放锁
     */
    public void unLock();
}

(2)创建SimpleRedisLock.java

使用redis的setnx来实现分布式互斥锁

package com.hmdp.utils;

import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
public class SimpleRedisLock implements ILock {
    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        //获取线程标识
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        //获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);//防止空指针
    }

    @Override
    public void unLock() {
        //释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

(3)修改VoucherOrderServiceImpl的seckillVoucher()方法:

package com.hmdp.service.impl;

import ...

/**
 * 服务实现类
 *
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
@Service
public class VoucherOrderServiceImpl extends ServiceImpl<VoucherOrderMapper, VoucherOrder> implements IVoucherOrderService {
    @Resource
    private ISeckillVoucherService seckillVoucherService;
    @Resource
    private RedisIdWorker redisIdWorker;
    @Resource
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        //根据id查询优惠券信息
        SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
        if (voucher == null) {
            return Result.fail("该优惠券不存在,请刷新!");
        }
        //判断秒杀券是否在有效时间内
        //若不在有效期,则返回异常结果
        if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀尚未开始!");
        }
        if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀已经结束!");
        }
        //若在有效期,判断库存是否充足
        if (voucher.getStock() < 1) {//库存不足
            return Result.fail("秒杀券库存不足!");
        }

        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        //--------------start---------------------
        //创建锁对象
        SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
        //获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock(1200);
        //判断是否获取锁成功
        if (!isLock) {//获取锁失败
            //直接返回错误,不阻塞
            return Result.fail("不允许重复下单!");
        }
        try {
            //获取代理对象(事务)
            IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            //这里应该先获取锁,然后提交createVoucherOrder()的事务,再释放锁,才能确保线程是安全的
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        } finally {
            //释放锁
            lock.unLock();
        }
         //--------------end---------------------
    }
    

    @Transactional
    public Result createVoucherOrder(Long voucherId) {
        ...
    }
}

(4)测试:以debug方式启动两个服务端:

在如下位置打上断点:

仍使用postman测试:用一个用户发起两次请求

测试结果:在集群模式下,只有一个请求获取锁成功了

redis存储的数据:1025号用户,线程id为29

4.5.6Redis分布式锁误删问题

4.6Redis优化秒杀

4.7Redis消息队列实现异步秒杀

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