Redis秒殺實戰-微信搶紅包-秒殺庫存，附案例源碼（Jmeter壓測）

2020 年 8 月 31 日
筆記
Redis, Spring Boot, 技術乾貨

導讀

　　前二天我寫了一篇，Redis高級項目實戰(點我直達)，SpringBoot整合Redis附源碼(點我直達)，今天我們來做一下Redis秒殺系統的設計。當然啦，Redis基礎知識還不過關的，先去加強下自身內功，然後在回來看這篇，Redis基礎知識(點我直達)。為啥寫這個微信搶紅包項目呢，公司0202年08月22日，公司周年慶，搶了100多紅包🧧，O(∩_∩)O哈哈~

微信搶紅包實現原理

業務流程分析

功能拆解

新建紅包

　　在DB、Redis分別新增一條記錄

搶紅包(並發)

　　請求Redis，紅包剩餘個數，大於0才可以拆，等會0時，提示用戶，紅包已搶完

拆紅包(並發)

用到技術

　　Redis中數據類型的String特性的原子遞減（DECR key）和減少指定值（DECRBY key decrement）

業務

請求Redis，當剩餘紅包個數大於0，紅包個數原子遞減，隨機獲取紅包
計算金額，當最後一個紅包時，最後一個紅包金額=總金額-總已搶紅包金額
更新數據庫

查看紅包記錄

　　查詢DB即可

數據庫表設計

紅包流水表

CREATE TABLE `red_packet_info` (
 `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, 
 `red_packet_id` bigint(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '紅包id，采⽤
timestamp+5位隨機數', 
 `total_amount` int(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '紅包總⾦額，單位分',
 `total_packet` int(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '紅包總個數',
 `remaining_amount` int(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '剩餘紅包⾦額，單位
分',
 `remaining_packet` int(11) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '剩餘紅包個數',
 `uid` int(20) NOT NULL DEFAULT 0 COMMENT '新建紅包⽤戶的⽤戶標識',
 `create_time` timestamp COMMENT '創建時間',
 `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE
CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新時間',
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='紅包信息
表，新建⼀個紅包插⼊⼀條記錄';

紅包記錄表

CREATE TABLE `red_packet_record` (
 `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, 
 `amount` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '搶到紅包的⾦額',
 `nick_name` varchar(32) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '搶到紅包的⽤戶的⽤戶
名',
 `img_url` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '搶到紅包的⽤戶的頭像',
 `uid` int(20) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '搶到紅包⽤戶的⽤戶標識',
 `red_packet_id` bigint(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '紅包id，采⽤
timestamp+5位隨機數', 
 `create_time` timestamp COMMENT '創建時間',
 `update_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE
CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新時間',
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='搶紅包記
錄表，搶⼀個紅包插⼊⼀條記錄';

發紅包API

發紅包接口開發

新增一條紅包記錄
往mysql裏面添加一條紅包記錄
往redis裏面添加一條紅包數量記錄
往redis裏面添加一條紅包金額記錄

　　注意，往db中就單純存入一條記錄，Service層和Mapper層，就簡單的一條sql語句，主要是提供思路，下面會附案例源碼，不要慌

搶紅包API

搶紅包功能屬於原子減操作
當大小小於0時原子減失敗
當紅包個數為0時，後面進來的用戶全部搶紅包失敗，並不會進入拆紅包環節
搶紅包功能設計
- 將紅包ID的請求放入請求隊列中，如果發現超過紅包的個數，直接返回
注意事項
- 搶到紅包不一定能拆成功

搶紅包算法拆解

　　通過上圖算法得出，靠前面的人，手氣最佳幾率小，手氣最佳，往往在後面

發100元，共10個紅包，那麼平均值是10元一個，那麼發出來的紅包金額在0.01~20元之間波動
當前面4個紅包總共被領了30元時，剩下70元，總共6個紅包，那麼這6個紅包的金額在0.01~23.3元之間波動

搶紅包接口開發

測試

發紅包

模擬高並發搶紅包(Jmeter壓測工具)

　　因為我發了10個紅包，金額是20000，使用壓測工具，模擬50個請求，只允許前10個請求能搶到紅包，並且金額等於20000。

布隆過濾器(重要)

介紹

　　布隆過濾器是1970年由布隆提出的。它實際上是一個很長的二進制向量和一系列隨機映射函數。布隆過濾器可以用於檢索一個元素是否在一個集合中。它的優點是空間效率和查詢時間都遠遠超過一般的算法，缺點是有一定的誤識別率和刪除困難。

優點

　　相比於其他的數據結構，布隆過濾器在空間和時間方面都有巨大的優勢。布隆過濾器存儲空間和插入/查詢時間都是常數。另外三列函數相互之間沒有關係，方便由硬件並行實現。布隆過濾器不需要存儲元素本身，在某些對保密要求非常嚴格的場合有優勢。

缺點

　　但是布隆過濾器的缺點和有點一樣明顯。誤算率是其中之一。隨着存入的元素數量增加，誤算率隨之增加。但是如果元素數量太少，則使用散列表足矣。

布隆過濾器有什麼用？

黑客流量攻擊：故意訪問不存在的數據，導致查程序不斷訪問DB的數據
黑客安全阻截：當黑客訪問不存在的緩存時迅速返迴避免緩存及DB掛掉
網頁爬蟲對URL的去重，避免爬取相同的URL地址
反垃圾郵件，從數十億個垃圾郵件列表中判斷某郵件是否垃圾郵件(同理，垃圾短訊)
緩存擊穿，將已存在的緩存放到布隆中，當黑客訪問不存在的緩存時迅速返迴避免緩存及DB掛掉

布隆過濾器實現會員轉盤抽獎

需求

　　一個抽獎程序，只針對會員用戶有效

通過google布隆過濾器存儲會員數據

程序啟動時將數據放入內存中
google自動創建布隆過濾器
用戶ID進來之後判斷是否是會員

代碼實現

引入依賴

        <dependency>
            <groupId>com.google.guava</groupId>
            <artifactId>guava</artifactId>
            <version>29.0-jre</version>
        </dependency>

數據庫會員表

CREATE TABLE `sys_user` (
 `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
 `user_name` varchar(11) CHARACTER SET utf8mb4 DEFAULT NULL COMMENT '⽤戶名',
 `image` varchar(11) CHARACTER SET utf8mb4 DEFAULT NULL COMMENT '⽤戶頭像',
 PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=11 DEFAULT CHARSET=utf8;

初始化布隆過濾器

　　dao層和dao映射文件，就單純的一個sql查詢，看核心方法，下面會附源碼滴，不要慌好嘛

控制層

測試

缺點

內存級別產部
重啟即失效
本地內存無法用在分佈式場景
不支持大數據量存儲

Redis布隆過濾器

優點

可擴展性Bloom過濾器
不存在重啟即失效或定時任務維護的成本

缺點

需要網絡IO，性能比基於內存的過濾器低

布隆過濾器安裝

下載

github：//github.com/RedisBloom/RedisBloom

鏈接: //pan.baidu.com/s/16DlKLm8WGFzGkoPpy8y4Aw  密碼: 25w1

編譯

make

將Rebloom加載到Redis中

　　先把Redis給停掉！！！在redis.conf裏面添加一行命令->加載模塊

loadmodule /usr/soft/RedisBloom-2.2.4/redisbloom.so

測試布隆過濾器

SpringBoot整合Redis布隆過濾器(重點)

編寫兩個lua腳本

添加數據到指定名稱的布隆過濾器
從指定名稱的布隆過濾器獲取key是否存在的腳本

local bloomName = KEYS[1]
local value = KEYS[2]
--bloomFilter
local result_1 = redis.call('BF.ADD',bloomName,value)
return result_1

local bloomName = KEYS[1]
local value = KEYS[2]
--bloomFilter
local result_1 = redis.call('BF.EXISTS',bloomName,value)
return result_1

在RedisService.java中添加2個方法

驗證

秒殺系統設計

秒殺業務流程圖

數據落地存儲方案

通過分佈式redis減庫存
DB存最終訂單信息數據

API性能調優

性能瓶頸在高並發秒殺
技術難題在於超賣問題

實現步驟

1、提前將秒殺數據緩存到redis

set skuId_start_1 0_1554045087 --秒殺標識
set skuId_access_1 12000 --允許搶購數
set skuId_count_1 0 --搶購計數
set skuId_booked_1 0 --真實秒殺數

秒殺開始前，skuId_start為0，代表活動未開始
當skuId_start改為1時，活動開始，開始秒殺叭
當接受下單數達到sku_count*1.2後，繼續攔截所有請求，商品剩餘數量為0(為啥接受搶購數為1萬2呢，看業務流程圖，涉及到「校驗訂單信息」，一般設置的值要比總數多一點，多多少自己定)

2、利用Redis緩存加速增庫存數

"skuId_booked":10000 //從0開始累加，秒殺的個數只能加到1萬

3、將用戶訂單數據寫入MQ(異步方式)，可以看我另外一篇博客：點我直達

4、另外一台服務器監聽mq，將訂單信息寫入到DB

好了，以上就是完整的開發步驟，下面我們開始編寫代碼

代碼實戰

網關瀏覽攔截層

1、先判斷秒殺是否已經開始

2、利用Redis緩存incr攔截流量

用incr方法原子加
通過原子加帕努單當前skuId_access是否達到最大值

訂單信息校驗層

1、校驗當前用戶是否已經買過這個商品

需要存儲用戶的uid
存數據庫效率太低
存Redis value方式數據太大
存布隆過濾器性能高且數據量小(推薦)

2、校驗通過直接返回搶購成功

開發lua腳本實現庫存扣除

1、庫存扣除成功，獲取當前最新庫存

2、如果庫存大於0，即馬上進行庫存扣除，並且訪問搶購成功給用戶

3、考慮原子性問題

保證原子性的方式，採用lua腳本
採用lua腳本方式保證原子性帶來缺點，性能有所下降
不保證原子性缺點，放入請求量可能大於預期
當前扣除庫存場景必須保證原子性，否則會導致超賣

4、返回搶購結果

搶購成功
庫存沒了，搶購失敗

控制層

Service層

布隆過濾器

初始化redis緩存

set skuId_start_1 0_1554045087 --秒殺標識
set skuId_access_1 12000 --允許搶購數
set skuId_count_1 0 --搶購計數
set skuId_booked_1 0 --真實秒殺數

秒殺驗證

jmeter配置

壓測秒殺驗證原子性

項目下載

鏈接: //pan.baidu.com/s/1hZUPRAljkqO05fYluqJBhQ  密碼: 1iwr

尾聲

　　演示的時候，我使用的Redis單機的，吞吐量不是很大，感興趣的，可以自己搭建個Redis主從複製+哨兵+集群，然後再測試。

　　最近比較忙，沒時間完善微信搶紅包秒殺的原子性。下面那個完整案例搶庫存的，親自使用Jmeter壓測幾次，是原子性的，可以拿來借鑒，感興趣的同學，可以借鑒下面搶庫存的代碼，把微信搶紅包的功能在完善下，我就不修改啦，今天先到這，有不懂的歡迎下面留言。

Tags: Redis Spring Boot 技術乾貨