Redis优化高并发下的秒杀性能

随着双11的临近，各种促销活动开始变得热门起来，比较主流的有秒杀、抢优惠券、拼团等等。

涉及到高并发争抢同一个资源的主要场景有秒杀和抢优惠券。

前提

活动规则

• 奖品数量有限，比如100个
• 不限制参与用户数
• 每个用户只能参与1次秒杀

活动要求

• 不能多发，也不能少发，100个奖品要全部发出去
• 1个用户最多抢1个奖品
• 遵循先到先得原则，先来的用户有奖品

数据库实现

悲观锁性能太差，本文不予讨论，讨论一下使用乐观锁解决高并发问题的优缺点。

数据库结构

• 未中奖时UserId为0，RewardAt为NULL
• 中奖时UserId为中奖用户ID，RewardAt为中奖时间

乐观锁实现

乐观锁实际上并不存在真正的锁，乐观锁是利用数据的某个字段来做的，比如本文的例子就是以UserId来实现的。

实现流程如下：

1.查询UserId为0的奖品，如果未找到则提示无奖品

1. SELECT * FROM envelope WHERE user_id=0 LIMIT 1

2.更新奖品的用户ID和中奖时间(假设奖品ID为1，中奖用户ID为100，当前时间为2019-10-29 12:00:00)，这里的user_id=0就是我们的乐观锁了。

1. UPDATE envelope SET user_id=100, reward_at=‘2019-10-29 12:00:00’ WHERE user_id=0 AND id=1

3.检测UPDATE语句的执行返回值，如果返回1证明中奖成功，否则证明该奖品被其他人抢了

为什么要添加乐观锁

正常情况下获取奖品、然后把奖品更新给指定用户是没问题的。如果不添加user_id=0时，高并发场景下会出现下面的问题：

1. 两个用户同时查询到了1个未中奖的奖品(发生并发问题)
2. 将奖品的中奖用户更新为用户1，更新条件只有ID=奖品ID
3. 上述SQL执行是成功的，影响行数也是1，此时接口会返回用户1中奖
4. 接下来将中奖用户更新为用户2，更新条件也只有ID=奖品ID
5. 由于是同一个奖品，已经发给用户1的奖品会重新发放给用户2，此时影响行数为1，接口返回用户2也中奖
6. 所以该奖品的最终结果是发放给用户2
7. 用户1就会过来投诉活动方了，因为抽奖接口返回用户1中奖，但他的奖品被抢了，此时活动方只能赔钱了

添加乐观锁之后的抽奖流程

1. 更新用户1时的条件为id=红包ID AND user_id=0 ,由于此时红包未分配给任何人，用户1更新成功，接口返回用户1中奖
2. 当更新用户2时更新条件为id=红包ID AND user_id=0，由于此时该红包已经分配给用户1了，所以该条件不会更新任何记录，接口返回用户2中奖

乐观锁优缺点

优点

• 性能尚可，因为无锁
• 不会超发

缺点

• 通常不满足“先到先得”的活动规则，一旦发生并发，就会发生未中奖的情况，此时奖品库还有奖品

压测

在MacBook Pro 2018上的压测表现如下(Golang实现的HTTP服务器,MySQL连接池大小100，Jmeter压测)：

• 500并发 500总请求数 平均响应时间331ms 发放成功数为31 吞吐量458.7/s

Redis实现

可以看到乐观锁的实现下争抢比太高，不是推荐的实现方法，下面通过Redis来优化这个秒杀业务。

Redis高性能的原因

• 单线程 省去了线程切换开销
• 基于内存的操作 虽然持久化操作涉及到硬盘访问，但是那是异步的，不会影响Redis的业务
• 使用了IO多路复用

实现流程

1.活动开始前将数据库中奖品的code写入Redis队列中

2.活动进行时使用lpop弹出队列中的元素

3.如果获取成功，则使用UPDATE语法发放奖品

1. UPDATE reward SET user_id=用户ID,reward_at=当前时间 WHERE code=‘奖品码’

4.如果获取失败，则当前无可用奖品，提示未中奖即可

使用Redis的情况下并发访问是通过Redis的lpop()来保证的，该方法是原子方法，可以保证并发情况下也是一个个弹出的。

压测

在MacBook Pro 2018上的压测表现如下(Golang实现的HTTP服务器,MySQL连接池大小100，Redis连接池代销100，Jmeter压测)：

• 500并发 500总请求数 平均响应时间48ms 发放成功数100 吞吐量497.0/s

结论

可以看到Redis的表现是稳定的，不会出现超发，且访问延迟少了8倍左右，吞吐量还没达到瓶颈，可以看出Redis对于高并发系统的性能提升是非常大的!接入成本也不算高，值得学习!

实验代码

1. // main.go
2. package main
4. import (
5.     “fmt”
6.     “github.com/go-redis/redis”
7.     _ “github.com/go-sql-driver/mysql”
8.     “github.com/jinzhu/gorm”
9.     “log”
10.     “net/http”
11.     “strconv”
12.     “time”
13. )
15. type Envelope struct {
16.     Id        int `gorm:“primary_key”`
17.     Code      string
18.     UserId    int
19.     CreatedAt time.Time
20.     RewardAt  *time.Time
21. }
23. func (Envelope) TableName() string {
24.     return “envelope”
25. }
27. func (p *Envelope) BeforeCreate() error {
28.     p.CreatedAt = time.Now()
29.     return nil
30. }
32. const (
33.     QueueEnvelope = “envelope”
34.     QueueUser     = “user”
35. )
37. var (
38.     db          *gorm.DB
39.     redisClient *redis.Client
40. )
42. func init() {
43.     var err error
44.     db, err = gorm.Open(“mysql”, “root:root@tcp(localhost:3306)/test?charset=utf8&parseTime=True&loc=Local”)
45.     if err != nil {
46.         log.Fatal(err)
47.     }
48.     if err = db.DB().Ping(); err != nil {
49.         log.Fatal(err)
50.     }
51.     db.DB().SetMaxOpenConns(100)
52.     fmt.Println(“database connected. pool size 10”)
53. }
55. func init() {
56.     redisClient = redis.NewClient(&redis.Options{
57.         Addr:     “localhost:6379”,
58.         DB:       0,
59.         PoolSize: 100,
60.     })
61.     if _, err := redisClient.Ping().Result(); err != nil {
62.         log.Fatal(err)
63.     }
64.     fmt.Println(“redis connected. pool size 100”)
65. }
67. // 读取Code写入Queue
68. func init() {
69.     envelopes := make([]Envelope, 0, 100)
70.     if err := db.Debug().Where(“user_id=0”).Limit(100).Find(&envelopes).Error; err != nil {
71.         log.Fatal(err)
72.     }
73.     if len(envelopes) != 100 {
74.         log.Fatal(“不足100个奖品”)
75.     }
76.     for i := range envelopes {
77.         if err := redisClient.LPush(QueueEnvelope, envelopes[i].Code).Err(); err != nil {
78.             log.Fatal(err)
79.         }
80.     }
81.     fmt.Println(“load 100 envelopes”)
82. }
84. func main() {
85.     http.HandleFunc(“/envelope”, func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
86.         uid := r.Header.Get(“x-user-id”)
87.         if uid == “” {
88.             w.WriteHeader(401)
89.             _, _ = fmt.Fprint(w, “UnAuthorized”)
90.             return
91.         }
92.         uidValue, err := strconv.Atoi(uid)
93.         if err != nil {
94.             w.WriteHeader(400)
95.             _, _ = fmt.Fprint(w, “Bad Request”)
96.             return
97.         }
98.         // 检测用户是否抢过了
99.         if result, err := redisClient.HIncrBy(QueueUser, uid, 1).Result(); err != nil || result != 1 {
100.             w.WriteHeader(429)
101.             _, _ = fmt.Fprint(w, “Too Many Request”)
102.             return
103.         }
104.         // 检测是否在队列中
105.         code, err := redisClient.LPop(QueueEnvelope).Result()
106.         if err != nil {
107.             w.WriteHeader(200)
108.             _, _ = fmt.Fprint(w, “No Envelope”)
109.             return
110.         }
111.         // 发放红包
112.         envelope := &Envelope{}
113.         err = db.Where(“code=?”, code).Take(&envelope).Error
114.         if err == gorm.ErrRecordNotFound {
115.             w.WriteHeader(200)
116.             _, _ = fmt.Fprint(w, “No Envelope”)
117.             return
118.         }
119.         if err != nil {
120.             w.WriteHeader(500)
121.             _, _ = fmt.Fprint(w, err)
122.             return
123.         }
124.         now := time.Now()
125.         envelope.UserId = uidValue
126.         envelope.RewardAt = &now
127.         rowsAffected := db.Where(“user_id=0”).Save(&envelope).RowsAffected // 添加user_id=0来验证Redis是否真的解决争抢问题
128.         if rowsAffected == 0 {
129.             fmt.Printf(“发生争抢. id=%d\n”, envelope.Id)
130.             w.WriteHeader(500)
131.             _, _ = fmt.Fprintf(w, “发生争抢. id=%d\n”, envelope.Id)
132.             return
133.         }
134.         _, _ = fmt.Fprint(w, envelope.Code)
135.     })
137.     fmt.Println(“listen on 8080”)
138.     fmt.Println(http.ListenAndServe(“:8080”, nil))
139. }