如何实现一个秒杀系统

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@Controllerpublic 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 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 namelocal key = KEYS[1]-- token generate intervallocal intervalPerPermit = tonumber(ARGV[1])-- grant timestamplocal refillTime = tonumber(ARGV[2])-- limit token countlocal limit = tonumber(ARGV[3])-- ratelimit time periodlocal 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 1elseif 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 endelse 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 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。