Redis实战11-实现优惠券秒杀下单

本篇，咱们来实现优惠券秒杀下单功能。通过本篇学习，我们将会有如下收获：
1：优惠券领券业务逻辑；
2：分析在高并发情况下，出现超卖问题产生的原因；
3：解决超卖问题两种方案：版本号法及CAS法
4：乐观锁弊端改进方案；
本文涉及内容比较多，篇幅会比较长，同时有大量截图。希望大家能耐心看完。好了，话不对说，咱们开始go go go~
一：基本的秒杀实现

下单时候需要判断:
1：秒杀是否开始或结束，如果尚未开始或者已经结束则无法下单；
2：库存是否充足，不充足无法下单
业务：

根据上图逻辑，我们可以得到代码相关逻辑：
1：查下优惠券、2：判断是否秒杀开始；3：判断秒杀是否结束；4：判断库存是否充足；5：扣减库存；6：创建订单；
相关代码如下：

二：分析上面代码是否存在问题
我们使用JMeter模拟200个用户去秒杀抢优惠券。运行结果：


异常是45.5%。这个不对啊，按照我们预期的应该是50%的用户失败才对。这45.5%，说明优惠券超卖出了9个。是吗？我们来查查优惠券表：

库存为-9.再来查询订单表：发现订单是109条。在高并发的情况下，还真的是超卖出了9个呢。
来分析为什么会出现这种情况呢？
来看看代码，扣减库存的相关代码：

我们来分享下扣除库存流程：
两个线程来抢，假设当前就库存就剩下一个了。线程1和线程2来抢这个库存。流程如下：

在高并发的情况下，线程谁先执行，还真不好说。在高并发情况下，可能执行的顺序就如下图：

超卖问题分析：
T1的时候，线程1执行从数据库查询操作，查询结果为1；然后CPU让出，线程2来执行，在T2时候，线程2也去执行数据库查询操作，查询结果也是1.然后线程2，让出CPU，T3时候，线程1得到了CPU执行权，执行扣除库存操作。T4时候线程得到了CPU执行权，同样执行扣除库存操作。当两个线程都执行完成后，数据库中的库存就成了-1了。
这只是有2个线程，当高并发的时候，有多个线程来查询库存，扣除库存。如果出现了上面情况，就会出现超卖情况。
超卖问题场景的解决方案
超卖问题就是典型的多线程安全问题，针对这一问题常见的解决方案就是加锁。锁分为乐观锁和悲观锁。我们来看看：
悲观锁：认为线程安全问题一定会发生的，因此在操作数据之前，先获取锁，确保线程串行执行。
例如：Synchronized、Lock都是悲观锁。
因为让线程串行了，所以，悲观锁的效率低。
乐观锁：认为线程安全问题不一定会发生，因此不加锁，只是在更新数据的时候，判断有没有其他线程对数据做了修改。
如果没有修改，则认为是安全的，自己才更新数据；
如果已经被其他线程修改了说明发生了安全问题，此时可以重试或者抛出异常。
乐观锁的关键是判断之前查询得到的数据是否被修改过，常见的方式有两种：
1：版本号法
每当数据被修改，版本号就+1

我们来看看还是上面多线程抢优惠券情况下，版本号法执行流程：
线程1，执行扣除库存后，版本号+1后，就是2。如下图：

我们再来看看线程2执行流程：

版本号法优化：
我们从上图的逻辑中可以看出，在查询库存的时候，同时把版本号也查询出来，在更新的时候，库存-1，版本号也-1.where条件是版本号=查询库存的时候的版本号。我们只需要观察版本号和库存关系：同时查询出来、同时-1.那么，我们可不可以优化下，只使用一个字段来实现呢?答案是可以的：我们就把库存作为版本号概念，在更新的时候，where 条件中的version=查询库存的时候的版本号这个条件换成：where id =10 and stock = #{stock}。这样就剩下一个字段。
其实，上面这个思路就是大名鼎鼎的CAS思想，也就是第二种常见的方案。
2：CAS法
我们来看看CAS法逻辑图：

知识小扩展：
针对CAS中自旋压力过大，我们可以使用Longadder这个类来解决。在Java8中提供了一个对AtomicLong改进的一个类：LongAdder.大量线程并发更新一个原子性的时候，天然的问题就是自旋，会导致并发性能问题，当然这个也比我们直接使用sync来得好。所以可以利用这个类，LongAdder来进行优化。
如果获取某个值，则会对cell和base值进行递增，最后返回一个完整的值。


好了，秒杀超卖问题分析完了，解决方案也有了。那么接下来，我们就来实现解决超卖问题的代码。
其实，我们只需要修改扣减库存的逻辑，只添加一个where条件即可。如下图：

修改完成之后，我们再使用JMeter模拟200个用户去秒杀抢优惠券。运行结果：


异常竟然是89.9%。比没修改前，异常率还增加了。我们再来看看结果树情况：

一上来，就库存不足了。我们z看看数据库中，库存情况：

优惠券领券了21张。为什么会出现这种情况呢？200个人来抢购100张优惠券，竟然才有21个人抢到了。这个肯定不是我们想要的结果。这个是什么原因导致的呢？其实这个就涉及到了CAS乐观锁的弊端了。我们重新分析：

如上图，假设刚开始，就有3个线程同时抢夺资源，其中线程3先执行了更新，将100更新成了99，然后线程1和线程2，就更新失败了。三个线程，只有一个更新成功了，就如同，我们在结果树上看到的一样。如下图：

那么失败的这两个，就抢不到了，导致我们库存有剩余。但是，咱们从真正的业务上来说,抢不到的依据是库存等于0，才算抢不到，而不是说我抢到之后，在修改的时候，别人不能够在抢成功了。我们线程1和线程2在抢的时候，库存还剩余99啊，这个是不符合实际业务的。这就是乐观锁方案的问题所在--成功率太低了。那么，我们对乐观锁法进行改进。
乐观锁法弊端改进
改进思路：在更新的时候，不再判断库存是否等于我手里的库存值。而是判断，库存是否大于0.如果大于，就执行扣除操作。
修改扣除库存相关代码：

修改完成之后，我们再使用JMeter模拟200个用户去秒杀抢优惠券。运行结果：

从上图中，我们看到异常率是50%。符合我们的预期。我们看看数据库中的库存：

订单表中也是100条订单。商品没有超卖，订单数量也正常。这样是不是很完美解决了超卖问题?
答案：否。我们可以看到，这个方案，直接是由数据库来处理的。我们知道，数据库本来就是比较宝贵的资源，在高并发情况下，这种方案，肯定是不行的。我们继续往下学习。
小总结
我们来总结下超卖这样线程安全问题，解决方案有哪些？

下一篇预告：
在下一篇中咱们将实现另外一个功能：一人一单的功能。在下一篇中，您将有如下收获：
1：悲观锁、乐观锁的使用场景；
2：synchronized关键字，在不同位置，锁的颗粒度是不同的，怎么优化呢;
3：toString方法之后，不能保证唯一，如果要保证唯一，需要在调用String的intern方法;
4：对spring事务有更深入了解-解决spring事务失效一种情况；
5：spring boot怎么开启对AspectJ的支持。