作者：黄青石
温馨提示：文中代码看不全可左右滑动
之前写了如何实现分布式锁和分布式限流，这次我们继续在这块功能上推进，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
@Controller
public 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<String, String> 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 name
local key = KEYS[1]
-- token generate interval
local intervalPerPermit = tonumber(ARGV[1])
-- grant timestamp
local refillTime = tonumber(ARGV[2])
-- limit token count
local limit = tonumber(ARGV[3])
-- ratelimit time period
local 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 1
elseif 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
end
else
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<String, String> 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。
代码地址：
https://github.com/stonehqs/flashsales.git
