最近做了一個點餐的平臺，其中涉及到一個很重要的問題，活動期間的秒殺系統的實現。

搶購/秒殺是如今很常見的一個應用場景，是高并發編程的一個挑戰，在網上也找了一些資料，大部分都是理論，關于java的實現也是很少，就算有也是很簡單的demo，為此，決定將此次實現的秒殺系統整理一番，發布出來。

架構思路

Question1: 由于要承受高并發，mysql在高并發情況下的性能下降尤其嚴重，下圖為Mysql性能瓶頸測試。

而且硬盤持久化的io操作將耗費大量資源。所以決定采用基于內存操作的redis，redis的密集型io

Question2: 秒殺系統必然是一個集群系統，在硬件不提升的情況下利用nginx做負載均衡也是不錯的選擇。

實現難點

1. 超買超賣問題的解決。

2.?訂單持久化，多線程將訂單信息寫入數據庫

解決方案

1. 采用redis的分布式樂觀鎖，解決高并發下的超買超賣問題.

2. 使用countDownLatch作為計數器，將數據四線程寫入數據庫，訂單的持久化過程在我的機器上效率提升了1000倍。

進階方案

1.訪問量還是大。系統還是撐不住。

2.防止用戶刷新頁面導致重復提交。

3.腳本攻擊

解決思路：

1.訪問量還是過大的話，要看性能瓶頸在哪里，一般來說首先撐不住的是tomcat，考慮優化tomcat，單個tomcat經過實踐并發量撐住1000是沒有問題的。先搭建tomcat集群，如果瓶頸出現在redis上的話考慮集群redis，這時候消息隊列也是必須的，至于采用哪種消息隊列框架還是根據實際情況。

2.問題2和問題3其實屬于同一個問題。這個問題其實屬于網絡問題的范疇，和我們的秒殺系統不在一個層面上。因此不應該由我們來解決。很多交換機都有防止一個源IP發起過多請求的功能。開源軟件也有不少能實現這點。如linux上的TC可以控制。流行的Web服務器Nginx（它也可以看做是一個七層軟交換機）也可以通過配置做到這一點。一個IP，一秒鐘我就允許你訪問我2次，其他軟件包直接給你丟了，你還能壓垮我嗎？

交換機也不行了呢？

可能你們的客戶并發訪問量實在太大了，交換機都撐不住了。 這也有辦法。我們可以用多個交換機為我們的秒殺系統服務。 原理就是DNS可以對一個域名返回多個IP，并且對不同的源IP，同一個域名返回不同的IP。如網通用戶訪問，就返回一個網通機房的IP；電信用戶訪問，就返回一個電信機房的IP。也就是用CDN了！ 我們可以部署多臺交換機為不同的用戶服務。 用戶通過這些交換機訪問后面數據中心的Redis Cluster進行秒殺作業。

我是在springboot + SpringData JPA的環境下實現的系統。引入了spring-data-redis的依賴

? <dependency>
? ? ? ? ? ? <groupId>org.springframework.boot</groupId>
? ? ? ? ? ? <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
? </dependency>
config包下有兩個類

public interface SecKillConfig {
? ? String productId = "1234568"; //這是我數據庫中的要秒殺的商品id
}
?這個類的作用主要是配置RedisTemplate，否則使用默認的RedisTemplate會使key和value亂碼。

@Configuration
@EnableCaching
public class RedisConfig {
? ? @Bean
? ? public CacheManager cacheManager(RedisTemplate<?, ?> redisTemplate) {
? ? ? ? CacheManager cacheManager = new RedisCacheManager(redisTemplate);
? ? ? ? return cacheManager;
? ? }
? ? // 以下兩種redisTemplate自由根據場景選擇
? ? @Bean
? ? public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
? ? ? ? RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
? ? ? ? template.setConnectionFactory(connectionFactory);
? ? ? ? Jackson2JsonRedisSerializer serializer = new Jackson2JsonRedisSerializer(Object.class);
? ? ? ? ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
? ? ? ? mapper.setVisibility(PropertyAccessor.ALL, JsonAutoDetect.Visibility.ANY);
? ? ? ? mapper.enableDefaultTyping(ObjectMapper.DefaultTyping.NON_FINAL);
? ? ? ? serializer.setObjectMapper(mapper);
? ? ? ? template.setValueSerializer(serializer);
? ? ? ? //使用StringRedisSerializer來序列化和反序列化redis的key值
? ? ? ? template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());//這兩句是關鍵
? ? ? ? template.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());//這兩句是關鍵
? ? ? ? template.afterPropertiesSet();
? ? ? ? return template;
? ? }
? ? @Bean
? ? public StringRedisTemplate stringRedisTemplate(RedisConnectionFactory factory) {
? ? ? ? StringRedisTemplate stringRedisTemplate = new StringRedisTemplate();
? ? ? ? stringRedisTemplate.setConnectionFactory(factory);
? ? ? ? return stringRedisTemplate;
? ? }
} ?
下面是util包

public class KeyUtil {
?
? ? public static ? synchronized String ? getUniqueKey(){
? ? ? ? Random random = new Random();
? ? ? ? Integer num = random.nextInt(100000);
? ? ? ? return ?num.toString()+System.currentTimeMillis();
? ? }
}
public class SecUtils {
? ??
? ? /*
? ? 創建虛擬訂單
? ? ?*/
? ? public ?static SecOrder createDummyOrder(ProductInfo productInfo){
? ? ? ? String key = KeyUtil.getUniqueKey();
? ? ? ? SecOrder secOrder = new SecOrder();
? ? ? ? secOrder.setId(key);
? ? ? ? secOrder.setUserId("userId="+key);
? ? ? ? secOrder.setProductId(productInfo.getProductId());
? ? ? ? secOrder.setProductPrice(productInfo.getProductPrice());
? ? ? ? secOrder.setAmount(productInfo.getProductPrice());
? ? ? ? return secOrder;
? ? }
? ??
? ?/*
? ?偽支付
? ? */
? ? public static ?boolean dummyPay(){
? ? ? ? Random random = new Random();
? ? ? ? int result = random.nextInt(1000) % 2;
? ? ? ? if (result == 0){
? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? }
? ? ? ? return false;
? ? }
}
下面是重點，分布式鎖的解決
/**
?* 分布式樂觀鎖
?*/
@Component
@Slf4j
public class RedisLock {
?
? ? @Autowired
? ? private StringRedisTemplate redisTemplate;
?
? ? @Autowired
? ? private ProductService productService;
?
? ? /*
? ? 加鎖
? ? ?*/
? ? public boolean lock(String key,String value){
?
? ? ? ? //setIfAbsent對應redis中的setnx，key存在的話返回false，不存在返回true
? ? ? ? if ( redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,value)){
? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? }
? ? ? ? //兩個問題，Q1超時時間
? ? ? ? String currentValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);
? ? ? ? if (!StringUtils.isEmpty(currentValue) && Long.parseLong(currentValue) < System.currentTimeMillis()){
? ? ? ? ? ? //Q2 在線程超時的時候，多個線程爭搶鎖的問題
? ? ? ? ? ? String oldValue = redisTemplate.opsForValue().getAndSet(key, value);
? ? ? ? ? ? if (!StringUtils.isEmpty(oldValue) && oldValue.equals(currentValue)){
? ? ? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? ? ? return false;
? ? }
?
? ? public void unlock(String key ,String value){
? ? ? ? try{
? ? ? ? ? ? String currentValue = redisTemplate.opsForValue().get(key);
? ? ? ? ? ? if (!StringUtils.isEmpty(currentValue) && currentValue.equals(value)){
? ? ? ? ? ? ? ? redisTemplate.opsForValue().getOperations().delete(key);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }catch(Exception e){
? ? ? ? ? ? log.error("redis分布上鎖解鎖異常, {}",e);
? ? ? ? }
?
? ? }
?
? ? public SecProductInfo refreshStock(String productId){
? ? ? ? SecProductInfo secProductInfo = new SecProductInfo();
? ? ? ? ProductInfo productInfo = productService.findOne(productId);
? ? ? ? if (productId == null){
? ? ? ? ? ? throw new SellException(203,"秒殺商品不存在");
? ? ? ? }
? ? ? ? try{
? ? ? ? ? ? redisTemplate.opsForValue().set("stock"+productInfo.getProductId(),String.valueOf(productInfo.getProductStock()));
? ? ? ? ? ? String value = redisTemplate.opsForValue().get("stock"+productInfo.getProductId());
? ? ? ? ? ? secProductInfo.setProductId(productId);
? ? ? ? ? ? secProductInfo.setStock(value);
? ? ? ? }catch(Exception e){
? ? ? ? ? ? log.error(e.getMessage());
? ? ? ? }
? ? ? ? return secProductInfo;
?
? ? }
?
}
分布式鎖的實現思路

線程進來之后先執行redis的setnx，若是key存在就返回0，否則返回1.返回1即代表拿到鎖，開始執行代碼，執行完畢之后將key刪除即為解鎖。

存在兩個問題，有可能存在死鎖，就是一個線程執行拿到鎖之后，解鎖之前的代碼時出現bug，導致鎖釋放不出來，下一個線程進來之后一直等待上一個線程釋放鎖。解決方案就是加上超時時間，超時過后自行無論執行是否成功都將鎖釋放出來。但是又會出現第二個問題，在超時的情況下，多個線程同時等待鎖釋放出來，然后競爭拿到鎖，此時又會出現線程不安全現象，解決方案是使用redis的getandset方法，其中一個線程拿到鎖之后立即將value值改變，同時將oldvalue與原來的value值比較，這樣就保證了多線程競爭鎖的安全性。

下面是業務邏輯部分的代碼。

先是controller

@RestController
@Slf4j
@RequestMapping("/skill")
public class SecKillController {
?
? ? @Autowired
? ? private SecKillService secKillService;
?
? ? @Autowired
? ? private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
?
? ? @Resource
? ? private RedisTemplate<String,SecOrder> redisTemplate;
? ?
? ? /*
? ? 下單，同時將訂單信息保存在redis中，隨后將數據持久化
? ? ?*/
? ? @GetMapping("/order/{productId}")
? ? public String skill(@PathVariable String productId) throws Exception{
? ? ? ? //判斷是否搶光
? ? ? ? int amount = Integer.valueOf(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"+productId));
? ? ? ? if (amount >= 2000){
? ? ? ? ? ? return "不好意思，活動結束啦";
? ? ? ? }
? ? ? ? //初始化搶購商品信息，創建虛擬訂單。
? ? ? ? ProductInfo productInfo = new ProductInfo(productId);
? ? ? ? SecOrder secOrder = SecUtils.createDummyOrder(productInfo);
? ? ? ? //付款，付款時時校驗庫存，如果成功redis存儲訂單信息，庫存加1
? ? ? ? if (!SecUtils.dummyPay()){
? ? ? ? ? ? log.error("付款慢啦搶購失敗，再接再厲哦");
? ? ? ? ? ? return "搶購失敗，再接再厲哦";
? ? ? ? }
? ? ? ? log.info("搶購成功 商品id=:"+ productId);
? ? ? ? //訂單信息保存在redis中
? ? ? ? secKillService.orderProductMockDiffUser(productId,secOrder);
? ? ? ? return "訂單數量: "+redisTemplate.opsForSet().size("order"+productId)+
? ? ? ? ? ? ? ? " ?剩余數量:"+(2000 - Integer.valueOf(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"+productId)));
? ? }
? ? /*
? ? ?在redis中刷新庫存
? ? ?*/
? ? @GetMapping("/refresh/{productId}")
? ? public String ?refreshStock(@PathVariable String productId) throws Exception{
? ? ? ? SecProductInfo secProductInfo = secKillService.refreshStock(productId);
? ? ? ? return "庫存id為 "+productId +" <br> ?庫存總量為 "+secProductInfo.getStock();
? ? }
?
}
Service

@Service
public interface SecKillService {
?
? ? ?long orderProductMockDiffUser(String productId,SecOrder secOrder);
? ? ?
? ? ?SecProductInfo refreshStock(String productId);
}
Impl
@Service
@Slf4j
public class SecKillServiceImpl implements SecKillService {
?
? ? @Autowired
? ? private RedisLock redisLock;
?
? ? @Autowired
? ? private SecOrderService secOrderService;
?
? ? @Autowired
? ? private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
?
? ? @Resource
? ? private RedisTemplate<String,SecOrder> redisTemplate;
?
? ? private static final int TIMEOUT = 10 * 1000;
?
? ? @Override
? ? public ?long orderProductMockDiffUser(String productId,SecOrder secOrder) {
?
? ? ? ? //加鎖 setnx
? ? ? ? long orderSize = 0;
? ? ? ? long time = System.currentTimeMillis()+ TIMEOUT;
? ? ? ? boolean lock = redisLock.lock(productId, String.valueOf(time));
? ? ? ? if (!lock){
? ? ? ? ? ? throw ?new SellException(200,"哎呦喂，人太多了");
? ? ? ? }
? ? ? //獲得庫存數量
? ? ? ? int stockNum = Integer.valueOf(stringRedisTemplate.opsForValue().get("stock"+productId));
? ? ? ? if (stockNum >= 2000) {
? ? ? ? ? ? throw new SellException(150, "活動結束");
? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? //倉庫數量減一
? ? ? ? ? ? stringRedisTemplate.opsForValue().increment("stock"+productId,1);
? ? ? ? ? ? //redis中加入訂單
? ? ? ? ? ? redisTemplate.opsForSet().add("order"+productId,secOrder);
? ? ? ? ? ? orderSize = redisTemplate.opsForSet().size("order"+productId);
? ? ? ? ? ? if (orderSize >= 1000){
? ? ? ? ? ? ? ? //訂單信息持久化,多線程寫入數據庫(效率從單線程的9000s提升到了9ms)
? ? ? ? ? ? ? ? Set<SecOrder> members = redisTemplate.opsForSet().members("order"+productId);
? ? ? ? ? ? ? ? List<SecOrder> memberList = new ArrayList<>(members);
? ? ? ? ? ? ? ? CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(4);
? ? ? ? ? ? ? ? new Thread(() -> {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? for (int i = 0; i <memberList.size() /4 ; i++) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? secOrderService.save(memberList.get(i));
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? countDownLatch.countDown();
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? }, "therad1").start();
? ? ? ? ? ? ? ? new Thread(() -> {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? for (int i = memberList.size() /4; i <memberList.size() /2 ; i++) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? secOrderService.save(memberList.get(i));
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? countDownLatch.countDown();
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? }, "therad2").start();
? ? ? ? ? ? ? ? new Thread(() -> {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? for (int i = memberList.size() /2; i <memberList.size() * 3 / 4 ; i++) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? secOrderService.save(memberList.get(i));
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? countDownLatch.countDown();
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? }, "therad3").start();
? ? ? ? ? ? ? ? new Thread(() -> {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? for (int i = memberList.size() * 3 / 4; i <memberList.size(); i++) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? secOrderService.save(memberList.get(i));
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? countDownLatch.countDown();
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? }, "therad4").start();
?
? ? ? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? countDownLatch.await();
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ?log.info("訂單持久化完成");
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? ? ? //解鎖
? ? ? ? redisLock.unlock(productId,String.valueOf(time));
? ? ? ? return orderSize;
? ? }
? ? @Override
? ? public SecProductInfo refreshStock(String productId) {
? ? ? ? return redisLock.refreshStock(productId);
? ? }
?
}

還有一些輔助的service，和實體類，不過多解釋，一起貼出來吧，方便大家測試

public interface SecOrderService {
?
? ? ?List<SecOrder> findByProductId(String productId);
?
? ? ?SecOrder save(SecOrder secOrder);
?
}
@Service
public class SecOrderServiceImpl implements SecOrderService {
?
? ? @Autowired
? ? private SecOrderRepository secOrderRepository;
?
? ? @Override
? ? public List<SecOrder> findByProductId(String productId) {
?
? ? ? ? return secOrderRepository.findByProductId(productId);
? ? }
?
? ? public SecOrder save(SecOrder secOrder){
?
? ? ? ? return secOrderRepository.save(secOrder);
? ? }
?
}
public interface SecOrderRepository extends JpaRepository<SecOrder,String> {
?
? ? List<SecOrder> findByProductId(String productId);
?
?
? ? SecOrder save(SecOrder secOrder);
?
}

@Entity
@Data
public class ProductInfo {
?
? ? @Id
? ? private String productId;
? ? /**
? ? ?* 產品名
? ? ?*/
? ? private String productName;
? ? /**
? ? ?* 單價
? ? ?*/
? ? private BigDecimal productPrice;
? ? /**
? ? ?* 庫存
? ? ?*/
? ? private Integer productStock;
? ? /**
? ? ?* 產品描述
? ? ?*/
? ? private String productDescription;
? ? /**
? ? ?* 小圖
? ? ?*/
? ? private String productIcon;
? ? /**
? ? ?* 商品狀態 0正常 1下架
? ? ?*/
? ? private Integer productStatus = ProductStatusEnum.Up.getCode();
? ? /**
? ? ?* 類目編號
? ? ?*/
? ? private Integer categoryType;
?
? ? /** 創建日期*/
? ? @JsonSerialize(using = Date2LongSerializer.class)
? ? private Date createTime;
? ? /**更新時間 */
? ? @JsonSerialize(using = Date2LongSerializer.class)
? ? private Date updateTime;
?
? ? @JsonIgnore
? ? public ProductStatusEnum getProductStatusEnum(){
? ? ? ? return EnumUtil.getBycode(productStatus,ProductStatusEnum.class);
? ? }
?
? ? public ProductInfo(String productId) {
? ? ? ? this.productId = productId;
? ? ? ? this.productPrice = new BigDecimal(3.2);
? ? }
?
? ? public ProductInfo() {
? ? }
}
@Data
@Entity
public class SecOrder ?implements Serializable{
?
? ? private static final long serialVersionUID = 1724254862421035876L;
?
? ? ? ? @Id
? ? private String id;
? ? private String userId;
? ? private String productId;
? ? private BigDecimal productPrice;
? ? private BigDecimal amount;
?
? ? public SecOrder(String productId) {
? ? ? ? String utilId = KeyUtil.getUniqueKey();
? ? ? ? this.id = utilId;
? ? ? ? this.userId = "userId"+utilId;
? ? ? ? this.productId = productId;
? ? }
?
? ? public SecOrder() {
? ? }
?
? ? @Override
? ? public String toString() {
? ? ? ? return "SecOrder{" +
? ? ? ? ? ? ? ? "id='" + id + '\'' +
? ? ? ? ? ? ? ? ", userId='" + userId + '\'' +
? ? ? ? ? ? ? ? ", productId='" + productId + '\'' +
? ? ? ? ? ? ? ? ", productPrice=" + productPrice +
? ? ? ? ? ? ? ? ", amount=" + amount +
? ? ? ? ? ? ? ? '}';
? ? }
}

@Data
public class SecProductInfo {
?
? ? private String productId;
? ? private String stock;
?
}

---------------------?
作者：javaEE小菜鳥?
來源：CSDN?
原文：https://blog.csdn.net/qq_27631217/article/details/80657271?
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的秒杀系统设计架构与实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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