基于缓存分片的下单库存扣减方案
将商品进行数据分片，并将分片分散存储在各个 Redis 节点中，那么如何计算每次操作商品的库存是去操作哪一个 Redis 节点呢？
我们对商品库存进行了分片存储，那么当扣减库存的时候，操作哪一个 Redis 节点呢？
通过轮询的方式选择 Redis 节点，在 Redis 中通过记录商品的购买次数（每次扣减该商品库存时，都对该商品的购买次数加 1），key 为 product_stock_count:{skuId}，通过该商品的购买次数对 Redis 的节点数取模，拿到需要操作的 Redis 节点，再进行扣减
如果只对这一个 Redis 进行操作，可能该 Redis 节点的库存数量不够，那么就去下一个 Redis 节点中判断库存是否足够扣减，如果遍历完所有的 Redis 节点，库存都不够的话，那么就需要将所有 Redis 节点的库存数量进行合并扣减了，合并扣减库存的流程为：
- 先累加所有 Redis 节点上的库存数量
- 判断所有的库存数量是否足够扣减，如果够的话，就去遍历所有的 Redis 节点进行库存的扣减；如果不够，返回库存不足即可
库存在高并发场景下，写操作还是比较多的，因此还是以 Redis 作为主存储，DB 作为辅助存储
用户下单之后，Redis 中进行库存扣减流程如下：
出库主要有 2 个步骤：
- Redis 中进行库存扣除
- 将库存扣除信息进行异步落库
那么异步落库是通过 MQ 实现的，主要记录商品出库的一些日志信息，这里讲一下 Redis 中进行库存扣除的代码是如何实现的，在缓存中扣除库存主要分为 3 个步骤：
- 拿到需要操作的 Redis 节点，进行库存扣除
- 如果该 Redis 节点库存不足，则去下一个节点进行库存扣除
- 如果所有 Redis 节点库存都不足，就合并库存进行扣除
先来说一下第一步，如何拿到需要操作的 Redis 节点，我们上边已经说了，通过轮询的方式，在 Redis 中通过 key：product_stock_count:{skuId} 记录对应商品的购买次数，用购买次数对 Redis 节点数取模，拿到需要操作的 Redis 节点的下标
这里该 Redis 节点库存可能不够，我们从当前选择的 Redis 节点开始循环，如果碰到库存足够的节点，就进行库存扣除，并退出不再继续循环，循环 Redis 节点进行库存扣除代码如下：
// incrementCount：商品的购买次数
Object result;
// 轮询 Redis 节点进行库存扣除
for (long i = incrementCount; i < incrementCount + redisCount - 1; i ++) {
/**
* jedisManager.getJedisByHashKey(hashKey) 这个方法就是将传入的 count 也就是 hashKey 这个参数
* 对 Redis 的节点数量进行取模，拿到一个下标，去 List 集合中取出该下标对应的 Jedis 客户端
*/
try (Jedis jedis = jedisManager.getJedisByHashKey(i)){
// RedisLua.SCRIPT：lua 脚本
// productStockKey：存储商品库存的 key:"product_stock:{skuId}"
// stockNum 需要扣除的库存数量
result = jedis.eval(RedisLua.SCRIPT, CollUtil.toList(productStockKey), CollUtil.toList(String.valueOf(stockNum));
}
if (Objects.isNull(result)) {
continue;
}
if (Integer.valueOf(result+"") > 0){
deduct = true;
break;
}
}
// 如果单个 Redis 节点库存不足的话，需要合并库存扣除
if (!deduct){
// 获取一下当前的商品总库存，如果总库存也已不足以扣减则直接失败
BigDecimal sumNum = queryProductStock(skuId);
if (sumNum.compareTo(new BigDecimal(stockNum)) >=0 ){
// 合并扣除库存的核心代码
mergeDeductStock(productStockKey,stockNum);
}
throw new InventoryBizException("库存不足");
}
下边看一下库存扣除的 lua 脚本：
/**
* 扣减库存
* 先拿到商品库存的值：stock
* 再拿到商品需要扣除或返还的库存数量：num
* 如果 stock - num <= 0，说明库存不足，返回 -1
* 扣除成功，返回 -2
* 如果该商品库存不存在，返回 -3
*/
public static final String SCRIPT =
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 1) then"
+ " local stock = tonumber(redis.call('get', KEYS[1]));"
+ " local num = tonumber(ARGV[1]);"
+ " local results_num = stock - num"
+ " if (results_num <= 0) then"
+ " return -1;"
+ " end;"
+ " if (stock >= num) then"
+ " return redis.call('incrBy', KEYS[1], 0 - num);"
+ " end;"
+ " return -2;"
+ "end;"
+ "return -3;";
对于单个 Redis 节点的库存扣除操作已经说完了，就是先选择 Redis 节点，再执行 lua 脚本扣除即可，如果发现所有 Redis 节点库存足够扣除，就需要合并库存，再进行扣除，合并库存扣除的代码如下：
private void mergeDeductStock(String productStockKey, Integer stockNum){
// 执行多个分片的扣除扣减，对该商品的库存操作上锁，保证原子性
Map<Long,Integer> fallbackMap = new HashMap<>();
// 拿到 Redis 总节点数
int redisCount = cacheSupport.getRedisCount();
try {
// 开始循环扣减库存
for (long i = 0;i < redisCount; i++){
if (stockNum > 0){
// 对当前 Redis 节点进行库存扣除，这里返回的结果 diffNum 表示当前节点扣除库存后，还有多少库存未被扣除
Object diffNum = cacheSupport.eval(i, RedisLua.MERGE_SCRIPT, CollUtil.toList(productStockKey), CollUtil.toList(stockNum + ""));
if (Objects.isNull(diffNum)){
continue;
}
// 当扣减后返回得值大于0的时候，说明还有库存未能被扣减，对下一个分片进行扣减
if (Integer.valueOf(diffNum+"") >= 0){
// 存储每一次扣减的记录，防止最终扣减还是失败进行回滚
fallbackMap.put(i, (stockNum - Integer.valueOf(diffNum+"")));
// 重置抵扣后的库存
stockNum = Integer.valueOf(diffNum+"");
}
}
}
// 完全扣除所有的分片库存后，还是未清零，则回退库存返回各自分区
if (stockNum > 0){
fallbackMap.forEach((k, v) -> {
Object result = cacheSupport.eval(k, RedisLua.SCRIPT, CollUtil.toList(productStockKey), CollUtil.toList((0 - v) + ""));
log.info("redis实例[{}] 商品[{}] 本次库存不足，扣减失败，返还缓存库存:[{}], 剩余缓存库存:[{}]", k,productStockKey, v, result);
});
throw new InventoryBizException("库存不足");
}
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
// 开始循环返还库存
fallbackMap.forEach((k, v) -> {
cacheSupport.eval(k, RedisLua.SCRIPT,CollUtil.toList(productStockKey),CollUtil.toList((0-v)+""));
});
throw new InventoryBizException("合并扣除库存过程中发送异常");
}
}
在合并扣除库存中，主要有两个 lua 脚本：RedisLua.MERGE_SCRIPT 和 RedisLua.SCRIPT，第一个用于扣除库存，第二个用于返还库存
第二个 lua 脚本上边在库存扣减的时候，已经说过了，我们只需要将参数加个负号即可，原来是扣除库存，这里添加库存就可以返还了
来看一下第一个 lua 脚本：
/**
* 合并库存扣减
* stock：该节点拥有库存
* num：需要扣除库存
* diff_num：扣除后剩余库存（如果该节点库存不足，则是负数）
* 如果节点没有库存，返回 -1
* 如果节点库存不足，令 num = stock，表示将该节点库存全部扣除完毕
* 最后如果 diff_num 是负数，表示还有还有库存未扣减完毕，返回进行扣减
*/
public static final String MERGE_SCRIPT =
"if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 1) then\n" +
" local stock = tonumber(redis.call('get', KEYS[1]));\n" +
" local num = tonumber(ARGV[1]);\n" +
" local diff_num = stock - num;\n" +
" if (stock <= 0) then\n" +
" return -1;\n" +
" end;\n" +
" if (num > stock) then\n" +
" num = stock;\n" +
" end;\n" +
" redis.call('incrBy', KEYS[1], 0 - num);\n" +
" if (diff_num < 0) then\n" +
" return 0-diff_num;\n" +
" end;\n" +
" return 0;\n" +
"end;\n" +
"return -3;";
总结
那么库存扣减的整个流程也就说完了，接下来总结一下，库存入库流程为：
- DB 记录入库记录
- Redis 对库存进行分片，采用
渐进性写入缓存
库存出库流程为：
- 轮询 Redis 节点进行扣除，如果所有节点库存不足，则合并库存进行扣除
- 如果库存扣除成功，则 DB 记录出库记录
