Redis高并发超卖问题解决方案图文详解

1. Redis高并发超卖问题解决方案

在高并发的秒杀抢购场景中，常常会面临一个称为“超卖”（Over-Selling）的问题。超卖指的是同一件商品被售出的数量超过了实际库存数量，导致库存出现负数。这是由于多个用户同时发起抢购请求，而系统未能有效地控制库存的并发访问。

下面进行一个秒杀购买某个商品的接口模拟，代码如下：

@RestController
public class MyController {

@Autowired
StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

@RequestMapping(\”/buy/{id}\”)
public String buy(@PathVariable(\”id\”) Long id){
String key=\”product_\” + id;
int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
if(count>0){
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(–count));
System.out.println(key+\”商品购买成功，剩余库存\”+count);
return \”success\”;
}
System.out.println(key+\”商品库存不足\”);
return \”error\”;
}
}

上面的代码在高并发环境下容易出现超卖问题，使用JMeter进行压测，如下图：

进行压测获得的日志如下图，存在并发安全问题。

要解决上面的问题，我们一开始想到的是synchronized加锁，但是在 Redis 的高并发环境下，使用 Java 中的 synchronized关键字来解决超卖问题是行不通的，原因如下：

分布式环境下无效：synchronized是 Java 中的关键字，用于在单个 JVM 中保护共享资源。在分布式环境下，多个服务实例之间无法通过synchronized来同步，因为各个实例之间无法直接共享 JVM 中的锁。
性能问题：synchronized会导致性能问题，尤其在高并发的情况下，争夺锁可能会成为瓶颈。

对于 Redis 高并发环境下的超卖问题，更合适的解决方案通常是使用 Redis 提供的分布式锁（如基于 Redis 的分布式锁实现）。这可以确保在分布式环境中的原子性和可靠性。

基于Redis的分布式锁，我们可以基于Redis中的Setnx（命令在指定的 key 不存在时，为 key 设置指定的值），更改代码如下：

@RestController
public class MyController {

@Autowired
StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

@RequestMapping(\”/buy/{id}\”)
public String buy(@PathVariable(\”id\”) Long id){
String lock=\”product_lock_\”+id;
String key=\”product_\” + id;
Boolean lock1 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, \”lock\”);
String message=\”error\”;
if(!lock1){
System.out.println(\”业务繁忙稍后再试\”);
return \”业务繁忙稍后再试\”;
}
//try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
try {
int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
if (count > 0) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(–count));
System.out.println(key + \”商品购买成功，剩余库存\” + count);
message=\”success\”;
}
}catch (Throwable e){
e.printStackTrace();
}finally {
stringRedisTemplate.delete(lock);
}
if(message.equals(\”error\”))
System.out.println(key+\”商品库存不足\”);
return message;
}
}

然后使用JMeter压测，在10s内陆续发送500个请求，日志如下图，由图可以看出基本解决超卖问题。

1.1 高并发场景超卖bug解析

系统在达到finally块之前崩溃宕机，锁可能会一直存在于Redis中。这可能会导致其他进程或线程无法在未来获取该锁，从而导致资源被锁定，后续尝试访问该资源的操作可能被阻塞。因此在redis中给定 key设置过期时间。代码如下：

@RestController
public class MyController {

@Autowired
StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

@RequestMapping(\”/buy/{id}\”)
public String buy(@PathVariable(\”id\”) Long id){
String lock=\”product_lock_\”+id;
String key=\”product_\” + id;
Boolean lock1 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, \”lock\”,10, TimeUnit.SECONDS); //保证原子性
// Boolean lock2 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, \”lock\”);
// stringRedisTemplate.expire(lock,10,TimeUnit.SECONDS); //此时宕机依旧会出现redis锁无法释放，应设置为原子操作
String message=\”error\”;
if(!lock1){
System.out.println(\”业务繁忙稍后再试\”);
return \”业务繁忙稍后再试\”;
}
//try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
try {
int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
if (count > 0) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(–count));
System.out.println(key + \”商品购买成功，剩余库存\” + count);
message=\”success\”;
}
}catch (Throwable e){
e.printStackTrace();
}finally {
stringRedisTemplate.delete(lock);
}
if(message.equals(\”error\”))
System.out.println(key+\”商品库存不足\”);
return message;
}
}

在高并发场景下，还存在一个问题，即业务执行时间过长可能导致 Redis 锁提前释放，并且误删除其他线程或进程持有的锁。这可能发生在以下情况：

线程A获取锁并开始执行业务逻辑。
由于高并发，其他线程B、C等也尝试获取相同资源的锁。
由于锁的过期时间设置为10秒，线程A的业务逻辑执行时间超过10秒，导致其锁被 Redis 自动释放。
线程B在10秒内获取到了之前由线程A持有的锁，并开始执行业务逻辑。
线程A在业务逻辑执行完成后，尝试删除自己的锁，但由于已经被线程B持有，线程A实际上删除的是线程B的锁。

修改代码如下：

@RestController
public class MyController {

@Autowired
StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

@RequestMapping(\”/buy/{id}\”)
public String buy(@PathVariable(\”id\”) Long id){
String lock=\”product_lock_\”+id;
String key=\”product_\” + id;
String clientId=UUID.randomUUID().toString();
Boolean lock1 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, clientId,10, TimeUnit.SECONDS); //保证原子性
// Boolean lock2 = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lock, \”lock\”);
// stringRedisTemplate.expire(lock,10,TimeUnit.SECONDS); //此时宕机依旧会出现redis锁无法释放，应设置为原子操作
String message=\”error\”;
if(!lock1){
System.out.println(\”业务繁忙稍后再试\”);
return \”业务繁忙稍后再试\”;
}
//try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
try {
int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
if (count > 0) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(–count));
System.out.println(key + \”商品购买成功，剩余库存\” + count);
message=\”success\”;
}
}catch (Throwable e){
e.printStackTrace();
}finally {
if (stringRedisTemplate.opsForValue().get(lock).equals(clientId))//在这里如果有别的业务代码并且耗时较长， stringRedisTemplate.delete(lock)之前还是有可能超过过期时间出现问题
stringRedisTemplate.delete(lock);
}
if(message.equals(\”error\”))
System.out.println(key+\”商品库存不足\”);
return message;
}
}

上面的代码在高并发场景下仍然存在概率很低的问题，所以就有了redisson分布式锁。

1.2 Redisson

Redisson 是一个用于 Java 的 Redis 客户端，它提供了丰富的功能，包括分布式锁。Redisson 的分布式锁实现了基于 Redis 的分布式锁，具有简单易用、可靠性高的特点。

以下是 Redisson 分布式锁的一些重要特性和用法：

可重入锁：Redisson 的分布式锁是可重入的，同一线程可以多次获取同一把锁，而不会出现死锁。
公平锁：Redisson 支持公平锁，即按照获取锁的顺序依次获取，避免了某些线程一直获取不到锁的情况。
锁超时：可以为分布式锁设置过期时间，确保即使在某些情况下锁没有被显式释放，也能在一定时间后自动释放。
异步锁：Redisson 提供了异步的分布式锁，通过异步 API 可以在不阻塞线程的情况下获取和释放锁。
监控锁状态：Redisson 允许监控锁的状态，包括锁是否被某个线程持有，锁的过期时间等。

导入依赖

<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.23.5</version>
</dependency>

application.yaml 配置：

spring:
redis:
host: 127.0.0.1
port: 6379
password:
lettuce:
pool:
max-active: 8
max-idle: 8
min-idle: 0
max-wait: 1000ms

RedissonConfig配置：

@Configuration
public class RedissonConfig {

@Value(\”${spring.redis.host}\”)
private String host;
@Value(\”${spring.redis.port}\”)
private String port;

/**
* RedissonClient,单机模式
*/
@Bean
public RedissonClient redisson() {
Config config = new Config();
SingleServerConfig singleServerConfig = config.useSingleServer();
singleServerConfig.setAddress(\”redis://\” + host + \”:\” + port);
return Redisson.create(config);
}
}

利用Redisson分布式锁解决超卖问题，修改代码如下:

加锁 lock.lock()

阻塞等待，默认等待，加锁的默认时间都是30s，锁的自动续期，如果业务时间长，运行期间会自动给锁续上新的30s，不用担心业务时间长导致锁自动过期被删除，加锁的业务只要运行完成，就不会给当前锁续期，即使不手动解锁，锁默认在30s后自动删除。

加锁 lock.lock(10，TimeUnit.SECONDS)

锁到期后，不会自动续期，如果传递了锁的超时时间，就发送给redis执行脚本，进行占锁，默认超时就是我们指定的时间。如果未指定锁的超时时间，只要占锁成功，就会启动一个定时任务【重新给锁设置过期时间，新的过期时间就是看门狗的默认时间】，每隔10s就会自动进行续期。

@RestController
public class MyController {

@Autowired
StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

@Autowired
RedissonClient redisson;

@RequestMapping(\”/buy/{id}\”)
public String buy(@PathVariable(\”id\”) Long id){
String message=\”error\”;
String lock_key=\”product_lock_\”+id;
String key=\”product_\” + id;
RLock lock = redisson.getLock(lock_key);
//try catch 设计是为了防止在执行业务的时候出现异常导致redis锁一直无法释放
try {
lock.lock();
int count = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get(key));
if (count > 0) {
stringRedisTemplate.opsForValue().set(key, String.valueOf(–count));
System.out.println(key + \”商品购买成功，剩余库存\” + count);
message=\”success\”;
}
}catch (Throwable e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
if(message.equals(\”error\”))
System.out.println(key+\”商品库存不足\”);
return message;
}
}