這篇文章主要介紹了基于redis分布式鎖如何實現(xiàn)秒殺功能，具有一定借鑒價值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

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業(yè)務場景

所謂秒殺，從業(yè)務角度看，是短時間內(nèi)多個用戶“爭搶”資源，這里的資源在大部分秒殺場景里是商品；將業(yè)務抽象，技術(shù)角度看，秒殺就是多個線程對資源進行操作，所以實現(xiàn)秒殺，就必須控制線程對資源的爭搶，既要保證高效并發(fā)，也要保證操作的正確。

一些可能的實現(xiàn)

剛才提到過，實現(xiàn)秒殺的關(guān)鍵點是控制線程對資源的爭搶，根據(jù)基本的線程知識，可以不加思索的想到下面的一些方法：
1、秒殺在技術(shù)層面的抽象應該就是一個方法，在這個方法里可能的操作是將商品庫存-1，將商品加入用戶的購物車等等，在不考慮緩存的情況下應該是要操作數(shù)據(jù)庫的。那么最簡單直接的實現(xiàn)就是在這個方法上加上synchronized關(guān)鍵字，通俗的講就是鎖住整個方法；
2、鎖住整個方法這個策略簡單方便，但是似乎有點粗暴?？梢陨晕?yōu)化一下，只鎖住秒殺的代碼塊，比如寫數(shù)據(jù)庫的部分；
3、既然有并發(fā)問題，那我就讓他“不并發(fā)”，將所有的線程用一個隊列管理起來，使之變成串行操作，自然不會有并發(fā)問題。

上面所述的方法都是有效的，但是都不好。為什么？第一和第二種方法本質(zhì)上是“加鎖”，但是鎖粒度依然比較高。什么意思？試想一下，如果兩個線程同時執(zhí)行秒殺方法，這兩個線程操作的是不同的商品,從業(yè)務上講應該是可以同時進行的，但是如果采用第一二種方法，這兩個線程也會去爭搶同一個鎖，這其實是不必要的。第三種方法也沒有解決上面說的問題。

那么如何將鎖控制在更細的粒度上呢？可以考慮為每個商品設置一個互斥鎖，以和商品ID相關(guān)的字符串為唯一標識，這樣就可以做到只有爭搶同一件商品的線程互斥，不會導致所有的線程互斥。分布式鎖恰好可以幫助我們解決這個問題。

何為分布式鎖

分布式鎖是控制分布式系統(tǒng)之間同步訪問共享資源的一種方式。在分布式系統(tǒng)中，常常需要協(xié)調(diào)他們的動作。如果不同的系統(tǒng)或是同一個系統(tǒng)的不同主機之間共享了一個或一組資源，那么訪問這些資源的時候，往往需要互斥來防止彼此干擾來保證一致性，在這種情況下，便需要使用到分布式鎖。

我們來假設一個最簡單的秒殺場景：數(shù)據(jù)庫里有一張表，column分別是商品ID，和商品ID對應的庫存量，秒殺成功就將此商品庫存量-1?，F(xiàn)在假設有1000個線程來秒殺兩件商品，500個線程秒殺第一個商品，500個線程秒殺第二個商品。我們來根據(jù)這個簡單的業(yè)務場景來解釋一下分布式鎖。
通常具有秒殺場景的業(yè)務系統(tǒng)都比較復雜，承載的業(yè)務量非常巨大，并發(fā)量也很高。這樣的系統(tǒng)往往采用分布式的架構(gòu)來均衡負載。那么這1000個并發(fā)就會是從不同的地方過來，商品庫存就是共享的資源，也是這1000個并發(fā)爭搶的資源，這個時候我們需要將并發(fā)互斥管理起來。這就是分布式鎖的應用。
而key-value存儲系統(tǒng)，如redis，因為其一些特性，是實現(xiàn)分布式鎖的重要工具。

具體的實現(xiàn)

先來看看一些redis的基本命令：
SETNX key value
如果key不存在，就設置key對應字符串value。在這種情況下，該命令和SET一樣。當key已經(jīng)存在時，就不做任何操作。SETNX是”SET if Not eXists”。
expire KEY seconds
設置key的過期時間。如果key已過期，將會被自動刪除。
del KEY
刪除key
由于筆者的實現(xiàn)只用到這三個命令，就只介紹這三個命令，更多的命令以及redis的特性和使用，可以參考redis官網(wǎng)。

需要考慮的問題

1、用什么操作redis？幸虧redis已經(jīng)提供了jedis客戶端用于java應用程序，直接調(diào)用jedis API即可。
2、怎么實現(xiàn)加鎖？“鎖”其實是一個抽象的概念，將這個抽象概念變?yōu)榫唧w的東西，就是一個存儲在redis里的key-value對，key是于商品ID相關(guān)的字符串來唯一標識，value其實并不重要，因為只要這個唯一的key-value存在，就表示這個商品已經(jīng)上鎖。
3、如何釋放鎖？既然key-value對存在就表示上鎖，那么釋放鎖就自然是在redis里刪除key-value對。
4、阻塞還是非阻塞？筆者采用了阻塞式的實現(xiàn)，若線程發(fā)現(xiàn)已經(jīng)上鎖，會在特定時間內(nèi)輪詢鎖。
5、如何處理異常情況？比如一個線程把一個商品上了鎖，但是由于各種原因，沒有完成操作（在上面的業(yè)務場景里就是沒有將庫存-1寫入數(shù)據(jù)庫），自然沒有釋放鎖，這個情況筆者加入了鎖超時機制，利用redis的expire命令為key設置超時時長，過了超時時間redis就會將這個key自動刪除，即強制釋放鎖（可以認為超時釋放鎖是一個異步操作，由redis完成，應用程序只需要根據(jù)系統(tǒng)特點設置超時時間即可）。

talk is cheap,show me the code

在代碼實現(xiàn)層面，注解有并發(fā)的方法和參數(shù)，通過動態(tài)代理獲取注解的方法和參數(shù)，在代理中加鎖，執(zhí)行完被代理的方法后釋放鎖。

幾個注解定義：

cachelock是方法級的注解，用于注解會產(chǎn)生并發(fā)問題的方法：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface CacheLock {
 String lockedPrefix() default "";//redis 鎖key的前綴
 long timeOut() default 2000;//輪詢鎖的時間
 int expireTime() default 1000;//key在redis里存在的時間，1000S
}

lockedObject是參數(shù)級的注解，用于注解商品ID等基本類型的參數(shù)：

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface LockedObject {
 //不需要值
}

LockedComplexObject也是參數(shù)級的注解，用于注解自定義類型的參數(shù)：

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface LockedComplexObject {
 String field() default "";//含有成員變量的復雜對象中需要加鎖的成員變量，如一個商品對象的商品ID

}

CacheLockInterceptor實現(xiàn)InvocationHandler接口，在invoke方法中獲取注解的方法和參數(shù)，在執(zhí)行注解的方法前加鎖，執(zhí)行被注解的方法后釋放鎖：

public class CacheLockInterceptor implements InvocationHandler{
 public static int ERROR_COUNT = 0;
 private Object proxied;

 public CacheLockInterceptor(Object proxied) {
 this.proxied = proxied;
 }

 @Override
 public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

 CacheLock cacheLock = method.getAnnotation(CacheLock.class);
 //沒有cacheLock注解，pass
 if(null == cacheLock){
  System.out.println("no cacheLock annotation");  
  return method.invoke(proxied, args);
 }
 //獲得方法中參數(shù)的注解
 Annotation[][] annotations = method.getParameterAnnotations();
 //根據(jù)獲取到的參數(shù)注解和參數(shù)列表獲得加鎖的參數(shù)
 Object lockedObject = getLockedObject(annotations,args);
 String objectValue = lockedObject.toString();
 //新建一個鎖
 RedisLock lock = new RedisLock(cacheLock.lockedPrefix(), objectValue);
 //加鎖
 boolean result = lock.lock(cacheLock.timeOut(), cacheLock.expireTime());
 if(!result){//取鎖失敗
  ERROR_COUNT += 1;
  throw new CacheLockException("get lock fail");

 }
 try{
  //加鎖成功，執(zhí)行方法
  return method.invoke(proxied, args);
 }finally{
  lock.unlock();//釋放鎖
 }

 }
 /**
 * 
 * @param annotations
 * @param args
 * @return
 * @throws CacheLockException
 */
 private Object getLockedObject(Annotation[][] annotations,Object[] args) throws CacheLockException{
 if(null == args || args.length == 0){
  throw new CacheLockException("方法參數(shù)為空，沒有被鎖定的對象");
 }

 if(null == annotations || annotations.length == 0){
  throw new CacheLockException("沒有被注解的參數(shù)");
 }
 //不支持多個參數(shù)加鎖，只支持第一個注解為lockedObject或者lockedComplexObject的參數(shù)
 int index = -1;//標記參數(shù)的位置指針
 for(int i = 0;i < annotations.length;i++){
  for(int j = 0;j < annotations[i].length;j++){
  if(annotations[i][j] instanceof LockedComplexObject){//注解為LockedComplexObject
   index = i;
   try {
   return args[i].getClass().getField(((LockedComplexObject)annotations[i][j]).field());
   } catch (NoSuchFieldException | SecurityException e) {
   throw new CacheLockException("注解對象中沒有該屬性" + ((LockedComplexObject)annotations[i][j]).field());
   }
  }

  if(annotations[i][j] instanceof LockedObject){
   index = i;
   break;
  }
  }
  //找到第一個后直接break，不支持多參數(shù)加鎖
  if(index != -1){
  break;
  }
 }

 if(index == -1){
  throw new CacheLockException("請指定被鎖定參數(shù)");
 }

 return args[index];
 }
}

最關(guān)鍵的RedisLock類中的lock方法和unlock方法：

/**
 * 加鎖
 * 使用方式為：
 * lock();
 * try{
 * executeMethod();
 * }finally{
 * unlock();
 * }
 * @param timeout timeout的時間范圍內(nèi)輪詢鎖
 * @param expire 設置鎖超時時間
 * @return 成功 or 失敗
 */
 public boolean lock(long timeout,int expire){
 long nanoTime = System.nanoTime();
 timeout *= MILLI_NANO_TIME;
 try {
  //在timeout的時間范圍內(nèi)不斷輪詢鎖
  while (System.nanoTime() - nanoTime < timeout) {
  //鎖不存在的話，設置鎖并設置鎖過期時間，即加鎖
  if (this.redisClient.setnx(this.key, LOCKED) == 1) {
   this.redisClient.expire(key, expire);//設置鎖過期時間是為了在沒有釋放
   //鎖的情況下鎖過期后消失，不會造成永久阻塞
   this.lock = true;
   return this.lock;
  }
  System.out.println("出現(xiàn)鎖等待");
  //短暫休眠，避免可能的活鎖
  Thread.sleep(3, RANDOM.nextInt(30));
  } 
 } catch (Exception e) {
  throw new RuntimeException("locking error",e);
 }
 return false;
 }

 public void unlock() {
 try {
  if(this.lock){
  redisClient.delKey(key);//直接刪除
  }
 } catch (Throwable e) {

 }
 }

上述的代碼是框架性的代碼，現(xiàn)在來講解如何使用上面的簡單框架來寫一個秒殺函數(shù)。

先定義一個接口，接口里定義了一個秒殺方法：

public interface SeckillInterface {
/**
*現(xiàn)在暫時只支持在接口方法上注解
*/
 //cacheLock注解可能產(chǎn)生并發(fā)的方法
 @CacheLock(lockedPrefix="TEST_PREFIX")
 public void secKill(String userID,@LockedObject Long commidityID);//最簡單的秒殺方法，參數(shù)是用戶ID和商品ID?？赡苡卸鄠€線程爭搶一個商品，所以商品ID加上LockedObject注解
}

上述SeckillInterface接口的實現(xiàn)類，即秒殺的具體實現(xiàn)：

public class SecKillImpl implements SeckillInterface{
 static Map inventory ;
 static{
 inventory = new HashMap<>();
 inventory.put(10000001L, 10000l);
 inventory.put(10000002L, 10000l);
 }

 @Override
 public void secKill(String arg1, Long arg2) {
 //最簡單的秒殺，這里僅作為demo示例
 reduceInventory(arg2);
 }
 //模擬秒殺操作，姑且認為一個秒殺就是將庫存減一，實際情景要復雜的多
 public Long reduceInventory(Long commodityId){
 inventory.put(commodityId,inventory.get(commodityId) - 1);
 return inventory.get(commodityId);
 }

}

模擬秒殺場景，1000個線程來爭搶兩個商品：

@Test
 public void testSecKill(){
 int threadCount = 1000;
 int splitPoint = 500;
 CountDownLatch endCount = new CountDownLatch(threadCount);
 CountDownLatch beginCount = new CountDownLatch(1);
 SecKillImpl testClass = new SecKillImpl();

 Thread[] threads = new Thread[threadCount];
 //起500個線程，秒殺第一個商品
 for(int i= 0;i < splitPoint;i++){
  threads[i] = new Thread(new Runnable() {
  public void run() {
   try {
   //等待在一個信號量上，掛起
   beginCount.await();
   //用動態(tài)代理的方式調(diào)用secKill方法
   SeckillInterface proxy = (SeckillInterface) Proxy.newProxyInstance(SeckillInterface.class.getClassLoader(), 
    new Class[]{SeckillInterface.class}, new CacheLockInterceptor(testClass));
   proxy.secKill("test", commidityId1);
   endCount.countDown();
   } catch (InterruptedException e) {
   // TODO Auto-generated catch block
   e.printStackTrace();
   }
  }
  });
  threads[i].start();

 }
 //再起500個線程，秒殺第二件商品
 for(int i= splitPoint;i < threadCount;i++){
  threads[i] = new Thread(new Runnable() {
  public void run() {
   try {
   //等待在一個信號量上，掛起
   beginCount.await();
   //用動態(tài)代理的方式調(diào)用secKill方法
   SeckillInterface proxy = (SeckillInterface) Proxy.newProxyInstance(SeckillInterface.class.getClassLoader(), 
    new Class[]{SeckillInterface.class}, new CacheLockInterceptor(testClass));
   proxy.secKill("test", commidityId2);
   //testClass.testFunc("test", 10000001L);
   endCount.countDown();
   } catch (InterruptedException e) {
   // TODO Auto-generated catch block
   e.printStackTrace();
   }
  }
  });
  threads[i].start();

 }


 long startTime = System.currentTimeMillis();
 //主線程釋放開始信號量，并等待結(jié)束信號量，這樣做保證1000個線程做到完全同時執(zhí)行，保證測試的正確性
 beginCount.countDown();

 try {
  //主線程等待結(jié)束信號量
  endCount.await();
  //觀察秒殺結(jié)果是否正確
  System.out.println(SecKillImpl.inventory.get(commidityId1));
  System.out.println(SecKillImpl.inventory.get(commidityId2));
  System.out.println("error count" + CacheLockInterceptor.ERROR_COUNT);
  System.out.println("total cost " + (System.currentTimeMillis() - startTime));
 } catch (InterruptedException e) {
  // TODO Auto-generated catch block
  e.printStackTrace();
 }
 }

在正確的預想下，應該每個商品的庫存都減少了500，在多次試驗后，實際情況符合預想。如果不采用鎖機制，會出現(xiàn)庫存減少499，498的情況。
這里采用了動態(tài)代理的方法，利用注解和反射機制得到分布式鎖ID，進行加鎖和釋放鎖操作。當然也可以直接在方法進行這些操作，采用動態(tài)代理也是為了能夠?qū)㈡i操作代碼集中在代理中，便于維護。
通常秒殺場景發(fā)生在web項目中，可以考慮利用spring的AOP特性將鎖操作代碼置于切面中，當然AOP本質(zhì)上也是動態(tài)代理。

感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“基于redis分布式鎖如何實現(xiàn)秒殺功能”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)，關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，更多相關(guān)知識等著你來學習!