文章目錄

• 導讀
• 樂觀鎖
• • CAS 原理
  • ABA問題
• 庫表改造
• 代碼改造
• • RedPacketDao新增接口方法及Mapper映射文件
  • UserRedPacketServic接口及實現(xiàn)類的改造
  • Controller層新增路由方法
  • View層
  • 初始化數(shù)據(jù)，啟動應用測試
• 解決因version導致失敗問題
• • 樂觀鎖重入機制-按時間戳重入
  • 樂觀鎖重入機制-按次數(shù)重入
• 還能更好？
• 代碼

導讀

高并發(fā)-【搶紅包案例】之一:SSM環(huán)境搭建及復現(xiàn)紅包超發(fā)問題

高并發(fā)-【搶紅包案例】之二:使用悲觀鎖方式修復紅包超發(fā)的bug

接下來我們使用樂觀鎖的方式來修復紅包超發(fā)的bug

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樂觀鎖

樂觀鎖是一種不會阻塞其他線程并發(fā)的機制，它不會使用數(shù)據(jù)庫的鎖進行實現(xiàn)，它的設計里面由于不阻塞其他線程，所以并不會引發(fā)線程頻繁掛起和恢復，這樣便能夠提高并發(fā)能力，也稱之為為非阻塞鎖。 樂觀鎖使用的是 CAS原理。

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CAS 原理

Redis-11使用 watch 命令監(jiān)控事務 中也介紹了CAS，這里再重新說下

在 CAS 原理中，對于多個線程共同的資源，先保存一個舊（Old Value），比如進入線程后，查詢當前存量為 100 個紅包，那么先把舊值保存為 100，然后經(jīng)過一定的邏輯處理。

當需要扣減紅包的時候，先比較數(shù)據(jù)庫當前的值和舊值是否一致，如果一致則進行扣減紅包的操作，否則就認為它已經(jīng)被其他線程修改過了，不再進行操作。

CAS 原理流程如下：

CAS 原理并不排斥并發(fā)，也不獨占資源，只是在線程開始階段就讀入線程共享數(shù)據(jù)，保存為舊值。當處理完邏輯，需要更新數(shù)據(jù)的時候，會進行一次 比較，即比較各個線程當前共享的數(shù)據(jù)是否和舊值保持一致。如果一致，就開始更新數(shù)據(jù)；如果不一致，則認為該前共享的數(shù)據(jù)是否和舊值保持一致。如果一致，就開始更新數(shù)據(jù)；如果不一致，則認為該重試，這樣就是一個可重入鎖，但是 CAS 原理會有一個問題，那就是 ABA 問題，我們先來看下ABA問題

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ABA問題

在處理復雜運算的時候，被線程 2 修改的 X 的值有可能導致線程1的運算出錯，而最后線程 2 將 X 的值修改為原來的舊值 A，那么到了線程 1運算結(jié)束的時間順序 T6，它將j檢測 X 的值是否發(fā)生變化，就會拿舊值 A 和 當前的 X 的值 A 比對 ， 結(jié)果是一致的， 于是提交事務，然后在復雜計算的過程中 X 被線程 2 修改過了，這會導致線程1的運算出錯。

在這個過程中，對于線程 2 而言 ， X 的值的變化為 A->B->A，所以 CAS 原理的這個設計缺陷被形象地稱為“ABA 問題”。

ABA 問題的發(fā)生 ， 是因為業(yè)務邏輯存在回退的可能性 。 如果加入一個非業(yè)務邏輯的屬性，比如在一個數(shù)據(jù)中加入版本號（ version ），對于版本號有一個約定，就是只要修改 X變量的數(shù)據(jù)，強制版本號（ version ）只能遞增，而不會回退，即使是其他業(yè)務數(shù)據(jù)回退，它也會遞增，那么 ABA 問題就解決了。

只是這個 version 變量并不存在什么業(yè)務邏輯，只是為了記錄更新次數(shù)，只能遞增，幫助我們克服 ABA 問題罷了 ， 有了這些理論 ， 我們就可以開始使用樂觀鎖來完成搶紅包業(yè)務了 。

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庫表改造

為了順利使用樂觀鎖 ， 需要先在紅包表 C T RED PACKET ） 加入一個新的列版本號（version），這個字段在建表的時候已經(jīng)建了 ， 只是我們還沒有使用 。 這是第一步

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代碼改造

既然庫表加上了Version字段，那么應用中肯定要用到，自然而言的落到了Dao層上。

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RedPacketDao新增接口方法及Mapper映射文件

RedPacketDao.java

/*** @Description: 扣減搶紅包數(shù). 樂觀鎖的實現(xiàn)方式* * @param id* -- 紅包id* @param version* -- 版本標記* * @return: 更新記錄條數(shù)*/public int decreaseRedPacketForVersion(@Param("id") Long id, @Param("version") Integer version);

RedPacket.xml

<!-- 通過版本號扣減搶紅包 每更新一次，版本增1， 其次增加對版本號的判斷 --><update id="decreaseRedPacketForVersion">update T_RED_PACKET set stock = stock - 1 ,version = version + 1where id = #{id} and version = #{version}</update>

在扣減紅包的時候 ， 增加了對版本號的判斷，其次每次扣減都會對版本號加一，這樣保證每次更新在版本號上有記錄 ， 從而避免 ABA 問題

對于查詢也不使用 for update 語句 ， 避免鎖的發(fā)生 ， 這樣就沒有線程阻塞的問題了。 然后就可 以在類 UserRedPacketServic接口中新增方法 grapRedPacketForVersion，然后在其實現(xiàn)類中完成對應的邏輯即可。

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UserRedPacketServic接口及實現(xiàn)類的改造

/*** 保存搶紅包信息. 樂觀鎖的方式* * @param redPacketId* 紅包編號* @param userId* 搶紅包用戶編號* @return 影響記錄數(shù).*/public int grapRedPacketForVersion(Long redPacketId, Long userId);

實現(xiàn)類

/*** 樂觀鎖，無重入* */@Override@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED, propagation = Propagation.REQUIRED)public int grapRedPacketForVersion(Long redPacketId, Long userId) {// 獲取紅包信息RedPacket redPacket = redPacketDao.getRedPacket(redPacketId);// 當前小紅包庫存大于0if (redPacket.getStock() > 0) {// 再次傳入線程保存的version舊值給SQL判斷，是否有其他線程修改過數(shù)據(jù)int update = redPacketDao.decreaseRedPacketForVersion(redPacketId, redPacket.getVersion());// 如果沒有數(shù)據(jù)更新，則說明其他線程已經(jīng)修改過數(shù)據(jù)，則重新?lián)寠Zif (update == 0) {return FAILED;}// 生成搶紅包信息UserRedPacket userRedPacket = new UserRedPacket();userRedPacket.setRedPacketId(redPacketId);userRedPacket.setUserId(userId);userRedPacket.setAmount(redPacket.getUnitAmount());userRedPacket.setNote("redpacket- " + redPacketId);// 插入搶紅包信息int result = userRedPacketDao.grapRedPacket(userRedPacket);return result;}// 失敗返回return FAILED;}

version 值一開始就保存到了對象中，當扣減的時候，再次傳遞給 SQL ，讓 SQL 對數(shù)據(jù)庫的 version 和當前線程的舊值 version 進行比較。如果一致則插入搶紅包的數(shù)據(jù)，否則就不進行操作。

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Controller層新增路由方法

為了方便區(qū)分測試，在控制器 UserRedPacketController 內(nèi)新建映射

@RequestMapping(value = "/grapRedPacketForVersion")@ResponseBodypublic Map<String, Object> grapRedPacketForVersion(Long redPacketId, Long userId) {// 搶紅包int result = userRedPacketService.grapRedPacketForVersion(redPacketId, userId);Map<String, Object> retMap = new HashMap<String, Object>();boolean flag = result > 0;retMap.put("success", flag);retMap.put("message", flag ? "搶紅包成功" : "搶紅包失敗");return retMap;}

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View層

為了區(qū)分，新建個jsp吧 , 注意POST 請求地址和紅包id 。
grapForVersion.jsp

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8"pageEncoding="UTF-8"%> <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/loose.dtd"> <html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8"><title>參數(shù)</title><!-- 加載Query文件--><script type="text/javascript" src="https://code.jquery.com/jquery-3.2.0.js"></script><script type="text/javascript">$(document).ready(function () {//模擬30000個異步請求，進行并發(fā)var max = 30000;for (var i = 1; i <= max; i++) {//jQuery的post請求，請注意這是異步請求$.post({//請求搶id為1的紅包//根據(jù)自己請求修改對應的url和大紅包編號url: "./userRedPacket/grapRedPacketForVersion.do?redPacketId=1&userId=" + i,//成功后的方法success: function (result) {}});}});</script></head><body></body> </html>

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初始化數(shù)據(jù)，啟動應用測試

一致性數(shù)據(jù)統(tǒng)計：

經(jīng)過 3 萬次的搶奪，一共搶到了7521個紅包，剩余12479個紅包， 也就是存在大量的因為版本不一致的原因造成搶紅包失敗的請求。 這失敗率太高了。。

有時候會容忍這個失敗，這取決于業(yè)務的需要，因為允許用戶自己再發(fā)起搶奪紅包。

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性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計：

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解決因version導致失敗問題

為提高成功率，可以考慮使用重入機制 。 也就是一旦因為版本原因沒有搶到紅包，則重新嘗試搶紅包，但是過多的重入會造成大量的 SQL 執(zhí)行，所以目前流行的重入會加入兩種限制

一種是按時間戳的重入，也就是在一定時間戳內(nèi)（比如說 100毫秒），不成功的會循環(huán)到成功為止，直至超過時間戳，不成功才會退出，返回失敗。

一種是按次數(shù)，比如限定 3 次，程序嘗試超過 3 次搶紅包后，就判定請求失效，這樣有助于提高用戶搶紅包的成功率。

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樂觀鎖重入機制-按時間戳重入

因為樂觀鎖造成大量更新失敗的問題，使用時間戳執(zhí)行樂觀鎖重入，是一種提高成功率的方法，比如考慮在 100 毫秒內(nèi)允許重入，把 UserRedPacketServicelmpl 中的方法grapRedPacketForVersion 修改下

/*** * * 樂觀鎖，按時間戳重入* * @Description: 樂觀鎖，按時間戳重入* * @param redPacketId* @param userId* @return* * @return: int*/@Override@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED, propagation = Propagation.REQUIRED)public int grapRedPacketForVersion(Long redPacketId, Long userId) {// 記錄開始時間long start = System.currentTimeMillis();// 無限循環(huán)，等待成功或者時間滿100毫秒退出while (true) {// 獲取循環(huán)當前時間long end = System.currentTimeMillis();// 當前時間已經(jīng)超過100毫秒，返回失敗if (end - start > 100) {return FAILED;}// 獲取紅包信息,注意version值RedPacket redPacket = redPacketDao.getRedPacket(redPacketId);// 當前小紅包庫存大于0if (redPacket.getStock() > 0) {// 再次傳入線程保存的version舊值給SQL判斷，是否有其他線程修改過數(shù)據(jù)int update = redPacketDao.decreaseRedPacketForVersion(redPacketId, redPacket.getVersion());// 如果沒有數(shù)據(jù)更新，則說明其他線程已經(jīng)修改過數(shù)據(jù)，則重新?lián)寠Zif (update == 0) {continue;}// 生成搶紅包信息UserRedPacket userRedPacket = new UserRedPacket();userRedPacket.setRedPacketId(redPacketId);userRedPacket.setUserId(userId);userRedPacket.setAmount(redPacket.getUnitAmount());userRedPacket.setNote("搶紅包 " + redPacketId);// 插入搶紅包信息int result = userRedPacketDao.grapRedPacket(userRedPacket);return result;} else {// 一旦沒有庫存，則馬上返回return FAILED;}}}

當因為版本號原因更新失敗后，會重新嘗試搶奪紅包，但是會實現(xiàn)判斷時間戳，如果時間戳在 100 毫秒內(nèi)，就繼續(xù)，否則就不再重新嘗試，而判定失敗，這樣可以避免過多的SQL 執(zhí)行 ， 維持系統(tǒng)穩(wěn)定。

初始化數(shù)據(jù)后，進行測試

從結(jié)果來看，之前大量失敗的場景消失了，也沒有超發(fā)現(xiàn)象 ， 3 萬次嘗試搶光了所有的紅包 ， 避免了總是失敗的結(jié)果，但是有時候時間戳并不是那么穩(wěn)定，也會隨著系統(tǒng)的空閑或者繁忙導致重試次數(shù)不一。有時候我們也會考慮、限制重試次數(shù)，比如 3 次，如下所示

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樂觀鎖重入機制-按次數(shù)重入

/*** * * @Title: grapRedPacketForVersion* * @Description: 樂觀鎖，按次數(shù)重入* * @param redPacketId* @param userId* * @return: int*/@Override@Transactional(isolation = Isolation.READ_COMMITTED, propagation = Propagation.REQUIRED)public int grapRedPacketForVersion(Long redPacketId, Long userId) {for (int i = 0; i < 3; i++) {// 獲取紅包信息，注意version值RedPacket redPacket = redPacketDao.getRedPacket(redPacketId);// 當前小紅包庫存大于0if (redPacket.getStock() > 0) {// 再次傳入線程保存的version舊值給SQL判斷，是否有其他線程修改過數(shù)據(jù)int update = redPacketDao.decreaseRedPacketForVersion(redPacketId, redPacket.getVersion());// 如果沒有數(shù)據(jù)更新，則說明其他線程已經(jīng)修改過數(shù)據(jù)，則重新?lián)寠Zif (update == 0) {continue;}// 生成搶紅包信息UserRedPacket userRedPacket = new UserRedPacket();userRedPacket.setRedPacketId(redPacketId);userRedPacket.setUserId(userId);userRedPacket.setAmount(redPacket.getUnitAmount());userRedPacket.setNote("搶紅包 " + redPacketId);// 插入搶紅包信息int result = userRedPacketDao.grapRedPacket(userRedPacket);return result;} else {// 一旦沒有庫存，則馬上返回return FAILED;}}return FAILED;}

通過 for 循環(huán)限定重試 3 次， 3 次過后無論成敗都會判定為失敗而退出 ， 這樣就能避免過多的重試導致過多 SQL 被執(zhí)行的問題，從而保證數(shù)據(jù)庫的性能.

同樣的測試步驟，來看下統(tǒng)計結(jié)果

3 萬次請求，所有紅包都被搶到了 ， 也沒有發(fā)生超發(fā)現(xiàn)象，這樣就可以消除大量的請求失敗，避免非重入的時候大量請求失敗的場景。

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還能更好？

現(xiàn)在是使用數(shù)據(jù)庫的情況，有時候并不想使用數(shù)據(jù)庫作為搶紅包時刻的數(shù)據(jù)保存載體，而是選擇性能優(yōu)于數(shù)據(jù)庫的 Redis。 之前接觸過了Redis的事務，結(jié)合lua來實現(xiàn)搶紅包的功能

Redis-09Redis的基礎(chǔ)事務

Redis-10Redis的事務回滾

Redis-11使用 watch 命令監(jiān)控事務

先看下理論知識，下篇博文一起來探討使用Redis + lua 實現(xiàn)搶紅包的功能吧。

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代碼

https://github.com/yangshangwei/ssm_redpacket

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的高并发-【抢红包案例】之三:使用乐观锁方式修复红包超发的bug的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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