实现一个秒杀系统
之前我写了如何实现分布式锁和分布式限流，这次我们继续在这块功能上推进，实现一个秒杀系统，采用spring boot 2.x + mybatis+ redis + swagger2 + lombok实现。
先说说基本流程，就是提供一个秒杀接口，然后针对秒杀接口进行限流，限流的方式目前我实现了两种，上次实现的是累计计数方式，这次还有这个功能，并且我增加了令牌桶方式的lua脚本进行限流。
然后不被限流的数据进来之后，加一把分布式锁，获取分布式锁之后就可以对数据库进行操作了。直接操作数据库的方式可以，但是速度会比较慢，咱们直接通过一个初始化接口，将库存数据放到缓存中，然后对缓存中的数据进行操作。写库的操作采用异步方式，实现的方式就是将操作好的数据放入到队列中，然后由另一个线程对队列进行消费。当然，也可以将数据直接写入mq中，由另一个线程进行消费，这样也更稳妥。
好了，看一下项目的基本结构：
看一下入口controller类，入口类有两个方法，一个是初始化订单的方法，即秒杀开始的时候，秒杀接口才会有效，这个方法可以采用定时任务自动实现也可以。初始化后就可以调用placeOrder的方法了。在placeOrder上面有个自定义的注解DistriLimitAnno，这个是我在上篇文章写的，用作限流使用。采用的方式目前有两种，一种是使用计数方式限流，一种方式是令牌桶，上次使用了计数，咱们这次采用令牌桶方式实现。
package com.hqs.flashsales.controller; import com.hqs.flashsales.annotation.DistriLimitAnno; import com.hqs.flashsales.aspect.LimitAspect; import com.hqs.flashsales.lock.DistributedLock; import com.hqs.flashsales.limit.DistributedLimit; import com.hqs.flashsales.service.OrderService; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate; import org.springframework.data.redis.core.script.RedisScript; import org.springframework.stereotype.Controller; import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping; import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping; import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody; import javax.annotation.Resource; import java.util.Collections; /** * @author huangqingshi * @Date 2019-01-23 */ @Slf4j @Controller public class FlashSaleController { @Autowired OrderService orderService; @Autowired DistributedLock distributedLock; @Autowired LimitAspect limitAspect; //注意RedisTemplate用的String,String，后续所有用到的key和value都是String的 @Autowired RedisTemplate<String, String> redisTemplate; private static final String LOCK_PRE = "LOCK_ORDER"; @PostMapping("/initCatalog") @ResponseBody public String initCatalog() { try { orderService.initCatalog(); } catch (Exception e) { log.error("error", e); } return "init is ok"; } @PostMapping("/placeOrder") @ResponseBody @DistriLimitAnno(limitKey = "limit", limit = 100, seconds = "1") public Long placeOrder(Long orderId) { Long saleOrderId = 0L; boolean locked = false; String key = LOCK_PRE + orderId; String uuid = String.valueOf(orderId); try { locked = distributedLock.distributedLock(key, uuid, "10" ); if(locked) { //直接操作数据库 // saleOrderId = orderService.placeOrder(orderId); //操作缓存 异步操作数据库 saleOrderId = orderService.placeOrderWithQueue(orderId); } log.info("saleOrderId:{}", saleOrderId); } catch (Exception e) { log.error(e.getMessage()); } finally { if(locked) { distributedLock.distributedUnlock(key, uuid); } } return saleOrderId; } }
令牌桶的方式比直接计数更加平滑，直接计数可能会瞬间达到最高值，令牌桶则把最高峰给削掉了，令牌桶的基本原理就是有一个桶装着令牌，然后又一队人排队领取令牌，领到令牌的人就可以去做做自己想做的事情了，没有领到令牌的人直接就走了（也可以重新排队）。发令牌是按照一定的速度发放的，所以这样在多人等令牌的时候，很多人是拿不到的。当桶里边的令牌在一定时间内领完后，则没有令牌可领，都直接走了。如果过了一定的时间之后可以再次把令牌桶装满供排队的人领。基本原理是这样的，看一下脚本简单了解一下，里边有一个key和四个参数，第一个参数是获取一个令牌桶的时间间隔，第二个参数是重新填装令牌的时间（精确到毫秒），第三个是令牌桶的数量限制，第四个是隔多长时间重新填装令牌桶。
-- bucket name local key = KEYS[1] -- token generate interval local intervalPerPermit = tonumber(ARGV[1]) -- grant timestamp local refillTime = tonumber(ARGV[2]) -- limit token count local limit = tonumber(ARGV[3]) -- ratelimit time period local interval = tonumber(ARGV[4]) local counter = redis.call('hgetall', key) if table.getn(counter) == 0 then -- first check if bucket not exists, if yes, create a new one with full capacity, then grant access redis.call('hmset', key, 'lastRefillTime', refillTime, 'tokensRemaining', limit - 1) -- expire will save memory redis.call('expire', key, interval) return 1 elseif table.getn(counter) == 4 then -- if bucket exists, first we try to refill the token bucket local lastRefillTime, tokensRemaining = tonumber(counter[2]), tonumber(counter[4]) local currentTokens if refillTime > lastRefillTime then -- check if refillTime larger than lastRefillTime. -- if not, it means some other operation later than this call made the call first. -- there is no need to refill the tokens. local intervalSinceLast = refillTime - lastRefillTime if intervalSinceLast > interval then currentTokens = limit redis.call('hset', key, 'lastRefillTime', refillTime) else local grantedTokens = math.floor(intervalSinceLast / intervalPerPermit) if grantedTokens > 0 then -- ajust lastRefillTime, we want shift left the refill time. local padMillis = math.fmod(intervalSinceLast, intervalPerPermit) redis.call('hset', key, 'lastRefillTime', refillTime - padMillis) end currentTokens = math.min(grantedTokens + tokensRemaining, limit) end else -- if not, it means some other operation later than this call made the call first. -- there is no need to refill the tokens. currentTokens = tokensRemaining end assert(currentTokens >= 0) if currentTokens == 0 then -- we didn't consume any keys redis.call('hset', key, 'tokensRemaining', currentTokens) return 0 else -- we take 1 token from the bucket redis.call('hset', key, 'tokensRemaining', currentTokens - 1) return 1 end else error("Size of counter is " .. table.getn(counter) .. ", Should Be 0 or 4.") end
看一下调用令牌桶lua的JAVA代码，也比较简单：
public Boolean distributedRateLimit(String key, String limit, String seconds) { Long id = 0L; long intervalInMills = Long.valueOf(seconds) * 1000; long limitInLong = Long.valueOf(limit); long intervalPerPermit = intervalInMills / limitInLong; // Long refillTime = System.currentTimeMillis(); // log.info("调用redis执行lua脚本, {} {} {} {} {}", "ratelimit", intervalPerPermit, refillTime, // limit, intervalInMills); try { id = redisTemplate.execute(rateLimitScript, Collections.singletonList(key), String.valueOf(intervalPerPermit), String.valueOf(System.currentTimeMillis()), String.valueOf(limitInLong), String.valueOf(intervalInMills)); } catch (Exception e) { log.error("error", e); } if(id == 0L) { return false; } else { return true; } }
创建两张简单表，一个库存表，一个是销售订单表：
CREATE TABLE `catalog` ( `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, `name` varchar(50) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名称', `total` int(11) NOT NULL COMMENT '库存', `sold` int(11) NOT NULL COMMENT '已售', `version` int(11) NULL COMMENT '乐观锁，版本号', PRIMARY KEY (`id`) ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8; CREATE TABLE `sales_order` ( `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT, `cid` int(11) NOT NULL COMMENT '库存ID', `name` varchar(30) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '商品名称', `create_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间', PRIMARY KEY (`id`) ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;
基本已经准备完毕，然后启动程序，打开swagger（http://localhost:8080/swagger-ui.html#），执行初始化方法initCatalog：
日志里边会输出初始化的记录内容，初始化库存为1000：
初始化执行的方法，十分简单，写到缓存中。
@Override public void initCatalog() { Catalog catalog = new Catalog(); catalog.setName("mac"); catalog.setTotal(1000L); catalog.setSold(0L); catalogMapper.insertCatalog(catalog); log.info("catalog:{}", catalog); redisTemplate.opsForValue().set(CATALOG_TOTAL + catalog.getId(), catalog.getTotal().toString()); redisTemplate.opsForValue().set(CATALOG_SOLD + catalog.getId(), catalog.getSold().toString()); log.info("redis value:{}", redisTemplate.opsForValue().get(CATALOG_TOTAL + catalog.getId())); handleCatalog(); }
我写了一个测试类，启动3000个线程，然后去进行下单请求：
package com.hqs.flashsales; import lombok.extern.slf4j.Slf4j; import org.junit.Test; import org.junit.runner.RunWith; import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest; import org.springframework.boot.test.web.client.TestRestTemplate; import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner; import org.springframework.util.LinkedMultiValueMap; import org.springframework.util.MultiValueMap; import java.util.concurrent.TimeUnit; @Slf4j @RunWith(SpringRunner.class) @SpringBootTest(classes = FlashsalesApplication.class, webEnvironment = SpringBootTest.WebEnvironment.RANDOM_PORT) public class FlashSalesApplicationTests { @Autowired private TestRestTemplate testRestTemplate; @Test public void flashsaleTest() { String url = "http://localhost:8080/placeOrder"; for(int i = 0; i < 3000; i++) { try { TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20); new Thread(() -> { MultiValueMap<String, String> params = new LinkedMultiValueMap<>(); params.add("orderId", "1"); Long result = testRestTemplate.postForObject(url, params, Long.class); if(result != 0) { System.out.println("-------------" + result); } } ).start(); } catch (Exception e) { log.info("error:{}", e.getMessage()); } } } @Test public void contextLoads() { } }
然后开始运行测试代码，查看一下测试日志和程序日志，均显示卖了1000后直接显示SOLD OUT了。分别看一下日志和数据库:
商品库存catalog表和订单明细表sales_order表，都是1000条，没有问题。
总结：
通过采用分布式锁和分布式限流，即可实现秒杀流程，当然分布式限流也可以用到很多地方，比如限制某些IP在多久时间访问接口多少次，都可以的。令牌桶的限流方式使得请求可以得到更加平滑的处理，不至于瞬间把系统达到最高负载。在这其中其实还有一个小细节，就是Redis的锁，单机情况下没有任何问题，如果是集群的话需要注意，一个key被hash到同一个slot的时候没有问题，如果说扩容或者缩容的话，如果key被hash到不同的slot，程序可能会出问题。在写代码的过程中还出现了一个小问题，就是写controller的方法的时候，方法一定要声明成public的，否则自定义的注解用不了，其他service的注解直接变为空，这个问题也是找了很久才找到。
好了代码地址：https://github.com/stonehqs/flashsales.git
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