通过秒杀商品来模拟高并发的场景

1.引言

高并发场景在现场的日常工作中很常见，特别是在互联网公司中，这篇文章就来通过秒杀商品来模拟高并发的场景。文章末尾会附上文章的所有代码、脚本和测试用例。

本文环境： SpringBoot 2.5.7 + MySQL 8.0 X + MybatisPlus + Swagger2.9.2

模拟工具： Jmeter

模拟场景： 减库存->创建订单->模拟支付

2.商品秒杀-超卖

在开发中，对于下面的代码，可能很熟悉：在Service里面加上@Transactional事务注解和Lock锁

控制层：Controller

@ApiOperation(value="秒杀实现方式——Lock加锁")
@PostMapping("/start/lock")
publicResultstartLock(longskgId){
try{
log.info("开始秒杀方式一...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
Resultresult=secondKillService.startSecondKillByLock(skgId,userId);
if(result!=null){
log.info("用户:{}--{}",userId,result.get("msg"));
}else{
log.info("用户:{}--{}",userId,"哎呦喂，人也太多了，请稍后！");
}
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}finally{

}
returnResult.ok();
}

业务层：Service

@Override
@Transactional(rollbackFor=Exception.class)
publicResultstartSecondKillByLock(longskgId,longuserId){
lock.lock();
try{
//校验库存
SecondKillsecondKill=secondKillMapper.selectById(skgId);
Integernumber=secondKill.getNumber();
if(number>0){
//扣库存
secondKill.setNumber(number-1);
secondKillMapper.updateById(secondKill);
//创建订单
SuccessKilledkilled=newSuccessKilled();
killed.setSeckillId(skgId);
killed.setUserId(userId);
killed.setState((short)0);
killed.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
successKilledMapper.insert(killed);

//模拟支付
Paymentpayment=newPayment();
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setUserId(userId);
payment.setMoney(40);
payment.setState((short)1);
payment.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
paymentMapper.insert(payment);
}else{
returnResult.error(SecondKillStateEnum.END);
}
}catch(Exceptione){
thrownewScorpiosException("异常了个乖乖");
}finally{
lock.unlock();
}
returnResult.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);
}

对于上面的代码应该没啥问题吧，业务方法上加事务，在处理业务的时候加锁。

但上面这样写法是有问题的，会出现超卖的情况，看下测试结果：模拟1000个并发，抢100商品

这里在业务方法开始加了锁，在业务方法结束后释放了锁。但这里的事务提交却不是这样的，有可能在事务提交之前，就已经把锁释放了，这样会导致商品超卖现象。所以加锁的时机很重要！

3. 解决商品超卖

对于上面超卖现象，主要问题出现在事务中锁释放的时机，事务未提交之前，锁已经释放。（事务提交是在整个方法执行完）。如何解决这个问题呢，就是把加锁步骤提前

可以在controller层进行加锁

可以使用Aop在业务方法执行之前进行加锁

3.1 方式一（改进版加锁）

@ApiOperation(value="秒杀实现方式——Lock加锁")
@PostMapping("/start/lock")
publicResultstartLock(longskgId){
//在此处加锁
lock.lock();
try{
log.info("开始秒杀方式一...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
Resultresult=secondKillService.startSecondKillByLock(skgId,userId);
if(result!=null){
log.info("用户:{}--{}",userId,result.get("msg"));
}else{
log.info("用户:{}--{}",userId,"哎呦喂，人也太多了，请稍后！");
}
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}finally{
//在此处释放锁
lock.unlock();
}
returnResult.ok();
}

上面这样的加锁就可以解决事务未提交之前，锁释放的问题，可以分三种情况进行压力测试：

并发数1000，商品100

并发数1000，商品1000

并发数2000，商品1000

对于并发量大于商品数的情况，商品秒杀一般不会出现少卖的请况，但对于并发数小于等于商品数的时候可能会出现商品少卖情况，这也很好理解。

对于没有问题的情况就不贴图了，因为有很多种方式，贴图会太多

3.2 方式二（AOP版加锁）

对于上面在控制层进行加锁的方式，可能显得不优雅，那就还有另一种方式进行在事务之前加锁，那就是AOP

自定义AOP注解

@Target({ElementType.PARAMETER,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public@interfaceServiceLock{
Stringdescription()default"";
}

定义切面类

@Slf4j
@Component
@Scope
@Aspect
@Order(1)//order越小越是最先执行，但更重要的是最先执行的最后结束
publicclassLockAspect{
/**
*思考：为什么不用synchronized
*service默认是单例的，并发下lock只有一个实例
*/
privatestaticLocklock=newReentrantLock(true);//互斥锁参数默认false，不公平锁

//Service层切点用于记录错误日志
@Pointcut("@annotation(com.scorpios.secondkill.aop.ServiceLock)")
publicvoidlockAspect(){

}

@Around("lockAspect()")
publicObjectaround(ProceedingJoinPointjoinPoint){
lock.lock();
Objectobj=null;
try{
obj=joinPoint.proceed();
}catch(Throwablee){
e.printStackTrace();
thrownewRuntimeException();
}finally{
lock.unlock();
}
returnobj;
}
}

在业务方法上添加AOP注解

@Override
@ServiceLock//使用Aop进行加锁
@Transactional(rollbackFor=Exception.class)
publicResultstartSecondKillByAop(longskgId,longuserId){

try{
//校验库存
SecondKillsecondKill=secondKillMapper.selectById(skgId);
Integernumber=secondKill.getNumber();
if(number>0){
//扣库存
secondKill.setNumber(number-1);
secondKillMapper.updateById(secondKill);
//创建订单
SuccessKilledkilled=newSuccessKilled();
killed.setSeckillId(skgId);
killed.setUserId(userId);
killed.setState((short)0);
killed.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
successKilledMapper.insert(killed);

//支付
Paymentpayment=newPayment();
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setUserId(userId);
payment.setMoney(40);
payment.setState((short)1);
payment.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
paymentMapper.insert(payment);
}else{
returnResult.error(SecondKillStateEnum.END);
}
}catch(Exceptione){
thrownewScorpiosException("异常了个乖乖");
}
returnResult.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);
}

控制层：

@ApiOperation(value="秒杀实现方式二——Aop加锁")
@PostMapping("/start/aop")
publicResultstartAop(longskgId){
try{
log.info("开始秒杀方式二...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
Resultresult=secondKillService.startSecondKillByAop(skgId,userId);
if(result!=null){
log.info("用户:{}--{}",userId,result.get("msg"));
}else{
log.info("用户:{}--{}",userId,"哎呦喂，人也太多了，请稍后！");
}
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
returnResult.ok();
}

这种方式在对锁的使用上，更高阶、更美观！

3.3 方式三（悲观锁一）

除了上面在业务代码层面加锁外，还可以使用数据库自带的锁进行并发控制。

悲观锁，什么是悲观锁呢？通俗的说，在做任何事情之前，都要进行加锁确认。这种数据库级加锁操作效率较低。

使用for update一定要加上事务，当事务处理完后，for update才会将行级锁解除

如果请求数和秒杀商品数量一致，会出现少卖

@ApiOperation(value="秒杀实现方式三——悲观锁")
@PostMapping("/start/pes/lock/one")
publicResultstartPesLockOne(longskgId){
try{
log.info("开始秒杀方式三...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
Resultresult=secondKillService.startSecondKillByUpdate(skgId,userId);
if(result!=null){
log.info("用户:{}--{}",userId,result.get("msg"));
}else{
log.info("用户:{}--{}",userId,"哎呦喂，人也太多了，请稍后！");
}
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
returnResult.ok();
}

业务逻辑

@Override
@Transactional(rollbackFor=Exception.class)
publicResultstartSecondKillByUpdate(longskgId,longuserId){
try{
//校验库存-悲观锁
SecondKillsecondKill=secondKillMapper.querySecondKillForUpdate(skgId);
Integernumber=secondKill.getNumber();
if(number>0){
//扣库存
secondKill.setNumber(number-1);
secondKillMapper.updateById(secondKill);
//创建订单
SuccessKilledkilled=newSuccessKilled();
killed.setSeckillId(skgId);
killed.setUserId(userId);
killed.setState((short)0);
killed.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
successKilledMapper.insert(killed);

//支付
Paymentpayment=newPayment();
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setUserId(userId);
payment.setMoney(40);
payment.setState((short)1);
payment.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
paymentMapper.insert(payment);
}else{
returnResult.error(SecondKillStateEnum.END);
}
}catch(Exceptione){
thrownewScorpiosException("异常了个乖乖");
}finally{
}
returnResult.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);
}

Dao层

@Repository
publicinterfaceSecondKillMapperextendsBaseMapper{

/**
*将此行数据进行加锁，当整个方法将事务提交后，才会解锁
*@paramskgId
*@return
*/
@Select(value="SELECT*FROMseckillWHEREseckill_id=#{skgId}FORUPDATE")
SecondKillquerySecondKillForUpdate(@Param("skgId")LongskgId);

}

上面是利用for update进行对查询数据加锁，加的是行锁

3.4 方式四（悲观锁二）

悲观锁的第二种方式就是利用update更新命令来加表锁

/**
*UPDATE锁表
*@paramskgId商品id
*@paramuserId用户id
*@return
*/
@Override
@Transactional(rollbackFor=Exception.class)
publicResultstartSecondKillByUpdateTwo(longskgId,longuserId){
try{

//不校验，直接扣库存更新
intresult=secondKillMapper.updateSecondKillById(skgId);
if(result>0){
//创建订单
SuccessKilledkilled=newSuccessKilled();
killed.setSeckillId(skgId);
killed.setUserId(userId);
killed.setState((short)0);
killed.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
successKilledMapper.insert(killed);

//支付
Paymentpayment=newPayment();
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setUserId(userId);
payment.setMoney(40);
payment.setState((short)1);
payment.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
paymentMapper.insert(payment);
}else{
returnResult.error(SecondKillStateEnum.END);
}
}catch(Exceptione){
thrownewScorpiosException("异常了个乖乖");
}finally{
}
returnResult.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);
}

Dao层

@Repository
publicinterfaceSecondKillMapperextendsBaseMapper{

/**
*将此行数据进行加锁，当整个方法将事务提交后，才会解锁
*@paramskgId
*@return
*/
@Select(value="SELECT*FROMseckillWHEREseckill_id=#{skgId}FORUPDATE")
SecondKillquerySecondKillForUpdate(@Param("skgId")LongskgId);

@Update(value="UPDATEseckillSETnumber=number-1WHEREseckill_id=#{skgId}ANDnumber>0")
intupdateSecondKillById(@Param("skgId")longskgId);
}

3.5 方式五（乐观锁）

乐观锁，顾名思义，就是对操作结果很乐观，通过利用version字段来判断数据是否被修改

乐观锁，不进行库存数量的校验，直接做库存扣减

这里使用的乐观锁会出现大量的数据更新异常（抛异常就会导致购买失败）、如果配置的抢购人数比较少、比如120:100(人数:商品) 会出现少买的情况，不推荐使用乐观锁。

@ApiOperation(value="秒杀实现方式五——乐观锁")
@PostMapping("/start/opt/lock")
publicResultstartOptLock(longskgId){
try{
log.info("开始秒杀方式五...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
//参数添加了购买数量
Resultresult=secondKillService.startSecondKillByPesLock(skgId,userId,1);
if(result!=null){
log.info("用户:{}--{}",userId,result.get("msg"));
}else{
log.info("用户:{}--{}",userId,"哎呦喂，人也太多了，请稍后！");
}
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
returnResult.ok();
}
@Override
@Transactional(rollbackFor=Exception.class)
publicResultstartSecondKillByPesLock(longskgId,longuserId,intnumber){

//乐观锁，不进行库存数量的校验，直接
try{
SecondKillkill=secondKillMapper.selectById(skgId);
//剩余的数量应该要大于等于秒杀的数量
if(kill.getNumber()>=number){
intresult=secondKillMapper.updateSecondKillByVersion(number,skgId,kill.getVersion());
if(result>0){
//创建订单
SuccessKilledkilled=newSuccessKilled();
killed.setSeckillId(skgId);
killed.setUserId(userId);
killed.setState((short)0);
killed.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
successKilledMapper.insert(killed);

//支付
Paymentpayment=newPayment();
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setSeckillId(skgId);
payment.setUserId(userId);
payment.setMoney(40);
payment.setState((short)1);
payment.setCreateTime(newTimestamp(System.currentTimeMillis()));
paymentMapper.insert(payment);
}else{
returnResult.error(SecondKillStateEnum.END);
}
}
}catch(Exceptione){
thrownewScorpiosException("异常了个乖乖");
}finally{
}
returnResult.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS);
}
@Repository
publicinterfaceSecondKillMapperextendsBaseMapper{

/**
*将此行数据进行加锁，当整个方法将事务提交后，才会解锁
*@paramskgId
*@return
*/
@Select(value="SELECT*FROMseckillWHEREseckill_id=#{skgId}FORUPDATE")
SecondKillquerySecondKillForUpdate(@Param("skgId")LongskgId);

@Update(value="UPDATEseckillSETnumber=number-1WHEREseckill_id=#{skgId}ANDnumber>0")
intupdateSecondKillById(@Param("skgId")longskgId);

@Update(value="UPDATEseckillSETnumber=number-#{number},version=version+1WHEREseckill_id=#{skgId}ANDversion=#{version}")
intupdateSecondKillByVersion(@Param("number")intnumber,@Param("skgId")longskgId,@Param("version")intversion);
}

乐观锁会出现大量的数据更新异常（抛异常就会导致购买失败），会出现少买的情况，不推荐使用乐观锁

3.6 方式六（阻塞队列）

利用阻塞队类，也可以解决高并发问题。其思想就是把接收到的请求按顺序存放到队列中，消费者线程逐一从队列里取数据进行处理，看下具体代码。

阻塞队列：这里使用静态内部类的方式来实现单例模式，在并发条件下不会出现问题。

//秒杀队列(固定长度为100)
publicclassSecondKillQueue{

//队列大小
staticfinalintQUEUE_MAX_SIZE=100;

//用于多线程间下单的队列
staticBlockingQueueblockingQueue=newLinkedBlockingQueue(QUEUE_MAX_SIZE);

//使用静态内部类，实现单例模式
privateSecondKillQueue(){};

privatestaticclassSingletonHolder{
//静态初始化器，由JVM来保证线程安全
privatestaticSecondKillQueuequeue=newSecondKillQueue();
}

/**
*单例队列
*@return
*/
publicstaticSecondKillQueuegetSkillQueue(){
returnSingletonHolder.queue;
}

/**
*生产入队
*@paramkill
*@throwsInterruptedException
*add(e)队列未满时，返回true；队列满则抛出IllegalStateException(“Queuefull”)异常——AbstractQueue
*put(e)队列未满时，直接插入没有返回值；队列满时会阻塞等待，一直等到队列未满时再插入。
*offer(e)队列未满时，返回true；队列满时返回false。非阻塞立即返回。
*offer(e,time,unit)设定等待的时间，如果在指定时间内还不能往队列中插入数据则返回false，插入成功返回true。
*/
publicBooleanproduce(SuccessKilledkill){
returnblockingQueue.offer(kill);
}
/**
*消费出队
*poll()获取并移除队首元素，在指定的时间内去轮询队列看有没有首元素有则返回，否者超时后返回null
*take()与带超时时间的poll类似不同在于take时候如果当前队列空了它会一直等待其他线程调用notEmpty.signal()才会被唤醒
*/
publicSuccessKilledconsume()throwsInterruptedException{
returnblockingQueue.take();
}

/**
*获取队列大小
*@return
*/
publicintsize(){
returnblockingQueue.size();
}
}

消费秒杀队列：实现ApplicationRunner接口

//消费秒杀队列
@Slf4j
@Component
publicclassTaskRunnerimplementsApplicationRunner{

@Autowired
privateSecondKillServiceseckillService;

@Override
publicvoidrun(ApplicationArgumentsvar){
newThread(()->{
log.info("队列启动成功");
while(true){
try{
//进程内队列
SuccessKilledkill=SecondKillQueue.getSkillQueue().consume();
if(kill!=null){
Resultresult=seckillService.startSecondKillByAop(kill.getSeckillId(),kill.getUserId());
if(result!=null&&result.equals(Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS))){
log.info("TaskRunner,result:{}",result);
log.info("TaskRunner从消息队列取出用户，用户:{}{}",kill.getUserId(),"秒杀成功");
}
}
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
}
@ApiOperation(value="秒杀实现方式六——消息队列")
@PostMapping("/start/queue")
publicResultstartQueue(longskgId){
try{
log.info("开始秒杀方式六...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
SuccessKilledkill=newSuccessKilled();
kill.setSeckillId(skgId);
kill.setUserId(userId);
Booleanflag=SecondKillQueue.getSkillQueue().produce(kill);
//虽然进入了队列，但是不一定能秒杀成功进队出队有时间间隙
if(flag){
log.info("用户:{}{}",kill.getUserId(),"秒杀成功");
}else{
log.info("用户:{}{}",userId,"秒杀失败");
}
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
returnResult.ok();
}

注意：在业务层和AOP方法中，不能抛出任何异常， throw new RuntimeException()这些抛异常代码要注释掉。因为一旦程序抛出异常就会停止，导致消费秒杀队列进程终止！

使用阻塞队列来实现秒杀，有几点要注意：

消费秒杀队列中调用业务方法加锁与不加锁情况一样，也就是seckillService.startSecondKillByAop()、seckillService.startSecondKillByLock()方法结果一样，这也很好理解

当队列长度与商品数量一致时，会出现少卖的现象，可以调大数值

下面是队列长度1000，商品数量1000，并发数2000情况下出现的少卖

3.7.方式七（Disruptor队列）

Disruptor是个高性能队列，研发的初衷是解决内存队列的延迟问题，在性能测试中发现竟然与I/O操作处于同样的数量级，基于Disruptor开发的系统单线程能支撑每秒600万订单。

//事件生成工厂（用来初始化预分配事件对象）
publicclassSecondKillEventFactoryimplementsEventFactory{

@Override
publicSecondKillEventnewInstance(){
returnnewSecondKillEvent();
}
}
//事件对象（秒杀事件）
publicclassSecondKillEventimplementsSerializable{
privatestaticfinallongserialVersionUID=1L;
privatelongseckillId;
privatelonguserId;

//set/get方法略

}
//使用translator方式生产者
publicclassSecondKillEventProducer{

privatefinalstaticEventTranslatorVarargtranslator=(seckillEvent,seq,objs)->{
seckillEvent.setSeckillId((Long)objs[0]);
seckillEvent.setUserId((Long)objs[1]);
};

privatefinalRingBufferringBuffer;

publicSecondKillEventProducer(RingBufferringBuffer){
this.ringBuffer=ringBuffer;
}

publicvoidsecondKill(longseckillId,longuserId){
this.ringBuffer.publishEvent(translator,seckillId,userId);
}
}
//消费者(秒杀处理器)
@Slf4j
publicclassSecondKillEventConsumerimplementsEventHandler{


privateSecondKillServicesecondKillService=(SecondKillService)SpringUtil.getBean("secondKillService");

@Override
publicvoidonEvent(SecondKillEventseckillEvent,longseq,booleanbool){
Resultresult=secondKillService.startSecondKillByAop(seckillEvent.getSeckillId(),seckillEvent.getUserId());
if(result.equals(Result.ok(SecondKillStateEnum.SUCCESS))){
log.info("用户:{}{}",seckillEvent.getUserId(),"秒杀成功");
}
}
}
publicclassDisruptorUtil{

staticDisruptordisruptor;

static{
SecondKillEventFactoryfactory=newSecondKillEventFactory();
intringBufferSize=1024;
ThreadFactorythreadFactory=runnable->newThread(runnable);
disruptor=newDisruptor<>(factory,ringBufferSize,threadFactory);
disruptor.handleEventsWith(newSecondKillEventConsumer());
disruptor.start();
}

publicstaticvoidproducer(SecondKillEventkill){
RingBufferringBuffer=disruptor.getRingBuffer();
SecondKillEventProducerproducer=newSecondKillEventProducer(ringBuffer);
producer.secondKill(kill.getSeckillId(),kill.getUserId());
}
}
@ApiOperation(value="秒杀实现方式七——Disruptor队列")
@PostMapping("/start/disruptor")
publicResultstartDisruptor(longskgId){
try{
log.info("开始秒杀方式七...");
finallonguserId=(int)(newRandom().nextDouble()*(99999-10000+1))+10000;
SecondKillEventkill=newSecondKillEvent();
kill.setSeckillId(skgId);
kill.setUserId(userId);
DisruptorUtil.producer(kill);
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
returnResult.ok();
}

经过测试，发现使用Disruptor队列队列，与自定义队列有着同样的问题，也会出现超卖的情况，但效率有所提高。

4. 小结

对于上面七种实现并发的方式，做一下总结：

一、二方式是在代码中利用锁和事务的方式解决了并发问题，主要解决的是锁要加载事务之前

三、四、五方式主要是数据库的锁来解决并发问题，方式三是利用for upate对表加行锁，方式四是利用update来对表加锁，方式五是通过增加version字段来控制数据库的更新操作，方式五的效果最差

六、七方式是通过队列来解决并发问题，这里需要特别注意的是，在代码中不能通过throw抛异常，否则消费线程会终止，而且由于进队和出队存在时间间隙，会导致商品少卖

上面所有的情况都经过代码测试，测试分一下三种情况：

并发数1000，商品数100

并发数1000，商品数1000

并发数2000，商品数1000

思考：分布式情况下如何解决并发问题呢？下次继续试验。

审核编辑：刘清