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高并发场景秒杀抢购超卖Bug

  在今天的数字化世界中，高并发已经成为了许多在线应用的常态，尤其是在电商平台的秒杀活动、票务系统的抢票环节，或者任何需要处理大量用户请求的场景中。然而，高并发也带来了一系列的挑战，其中最常见的就是超卖问题。

  想象一下，你正在举办一个大型的秒杀活动，数万名用户在同一时间抢购同一款限量的商品。在理想的情况下，系统应该能够正确地处理所有的请求，确保商品的库存数量不会被超额扣减。然而，现实情况往往并非如此。如果没有有效的并发控制机制，你的系统可能会在短时间内接收到大量的购买请求，导致商品的库存数量被超额扣减，即出现超卖现象。这不仅会影响到你的业务运营，也会对用户体验产生负面影响。

高并发场景秒杀抢购Demo

以下是一个高并发场景场景秒杀抢购的一个Demo：

这里我用了一个子项目继承了父项目

父pom.xml

    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
                <version>3.1.1</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>

子pom.xml

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

下面就是代码了：

StockController.class

@RestController
@RequestMapping("/stock")
public class StockController {

    @Autowired
    StockService stockService;

    @RequestMapping("/deduct")
    public String deductStock(){
        return stockService.deductStock();
    }
}

StockService.class

@Service
public class StockService {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
    public String deductStock(){
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if(stock>0){
            int realStock = stock -1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock",realStock+"");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存："+realStock);
        }else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
        return "end";
    }
}

这里使用了redis，给redis中stock的值是200

然后用Apache JMeter压测工具进行压测，我这里是让500个线程在1s之内启动然后去争抢200个库存

为了更直观的看出到底售卖出了多少商品，我在redis中存放了一个 key 为 ok ，value 为 0 的值，然后修改StockService，每次售卖出一件商品的时候给redis中的ok +1。

测试结果

从控制台的输出打印可以看出出现了大量的超卖问题，同一个商品被卖出了多次，200个商品卖完，竟然卖出了313件。

那么，如何解决这个问题呢？

JVM级别锁

学过并发，会想到使用synchronized或者ReentrantLock，这样的JVM级别的锁来解决这个问题。

进行压测会发现问题解决了，200件商品的确是卖出去了200次，并没有出现超卖问题。但是如果在高并发场景下，使用了分布式架构。有多个tomcat，JVM级别的锁还有用吗。

使用nginx对本地服务进行负载均衡

这里我启动了两个服务器，使用了不同端口，一个8080，一个8090

然后本地启动了一台虚拟机，这台虚拟机用来做本地的负载均衡使用

虚拟机已经安装好了nginx，首先ipconfig找到本机的局域网ip地址，在nginx.conf 配置上对该ip地址的8080端口和8090端口进行负载均衡。

最后访问虚拟机的局域网地址和nginx.conf 配置的端口号即可。虚拟机的局域网地址可以通过ifconfig命令查询


不停的访问该地址可以看到两个服务器上都有打印输出，现在对该接口进行压测发现200个商品被卖出去了245次。

JVM级别的锁只能管理本tomcat的线程，其他服务器的线程是没有办法管理的。那应该使用什么呢？

Redis实现分布式锁

Redis提供了一种名为SETNX的命令，可以用来实现分布式锁。

Redis分布式锁实现Demo

@Service
public class StockService {

    @Autowired
    StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public String deductStock() {
        String lockKey = "lock:product_1";
        Boolean result = stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, "root");
        if (!result) {
            return "error_code";
        }
        int stock = Integer.parseInt(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"));
        if (stock > 0) {
            int realStock = stock - 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set("stock", realStock + "");
            stringRedisTemplate.opsForValue().increment("ok");
            System.out.println("扣减成功，剩余库存：" + realStock);
        } else {
            System.out.println("扣减失败，库存不足");
        }
        stringRedisTemplate.delete(lockKey);
        return "end";
    }
}

Redis分布式锁有关问题

当然这里还有很多问题
问题1：通过SETNX上锁以后，中间代码如果出现异常，导致后面的删除锁代码无法执行，导致死锁。
解决方法：添加try-catch，并将删除锁代码放在finally中，这样无论有没有抛异常都会释放锁。

问题2：通过SETNX上锁以后，运行过程出现 宕机 ，系统被 重启 ，同样将导致 死锁。
解决方法：给锁 设置超时时间，过了一段时间以后，锁将自动释放。

问题3：通过SETNX上锁以后 出现异常 ，导致无法去expire设置锁的超时时间，也没有办法去手动释放锁，导致 死锁。
解决方法：保证上锁和设置超时时间的 原子性，使用Boolean setIfAbsent(K key, V value, long timeout, TimeUnit unit);方法。

问题4：线程A中 上锁设置过期时间 完成以后，系统出现阻塞，导致锁已经到了过期时间并自动删除了，这时候还没执行释放锁的操作，这时候线程B上锁成功，并执行任务，结果线程A反应过来了，继续执行释放锁的操作，把线程B上的锁给释放了，后面的线程上的锁都被前面的线程释放。
解决方法：这个问题的根本点在于，线程可以释放其他线程所加的锁，可以给锁添加uuid，让线程只能释放自己加的锁。

问题5：线程A 上锁设置过期时间并执行任务后，希望判断比较锁的id之后去释放锁，判断通过以后系统出现阻塞，阻塞到 锁已经过期了，但是此时并未执行释放锁的操作，此时线程B上锁成功，并去执行任务。线程A反应了过来，然后将线程B上的锁给释放了，这时候又将出现上面的问题。
解决方法：这个问题的根本原因在于 最后判断锁id的时候和释放锁的操作没有保证 原子性 。使用redis执行LUA脚本，保证 能同时执行判断锁和释放锁。这个redis并没有提供方法。
问题6：锁续命，线程A任务还没执行完，锁已经过期了，此时其他线程也会执行任务，就会出现并发安全问题。
解决方法：可以使用WatchDog，也就是给任务执行线程添加守护线程，守护线程负责对锁的expire时间进行监控，每当到过期前一秒就对过期进行判断，如果任务还在进行且锁马上过期，就对过期时间进行设置。
上面的问题5和问题6都可以通过redis组件，redisson解决

分布式锁性能的提升

减少锁的粒度

上述场景可以使用分段锁。基于加锁的分段机制，可以给分布式锁的性能提升几十倍。将一个商品分成好几个key。比如一个商品1000个库存，拆成10个key，每个key放100个库存。
实际实现还是有许多细节，比如对key的轮询选择，如果一个key库存为0了，就不应该再选择这个库存了。如果每个key库存都只有1，要减少5个库存的解决。实现可以参考ConcurrentHashMap1.7的源码。

使用异步处理

你可以使用消息队列等技术，将请求的处理过程异步化。当一个请求到达时，你只需要将它放入消息队列，然后立即返回。这样，你的系统就可以快速地处理大量的并发请求。然后，你可以在后台有一个或多个工作线程，从消息队列中取出请求并处理。

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