day05-优惠券秒杀01
功能03-优惠券秒杀01
4.功能03-优惠券秒杀
4.1全局唯一ID
4.1.1全局ID生成器
每个店铺都可以发布优惠券：
当用户抢购时，就会生成订单，并保存到tb_voucher_order这张表中。订单表如果使用数据库的自增id就存在一些问题：
- id的规律性太明显：用户可以根据id猜测一些信息，从而非法得到数据
- 受单表数据量的限制：由于单张表的数据限制，需要进行分表，而如果每张表都采取自增长，容易出现id重复，会影响订单之后的业务，比如说售后服务（因为售后服务一般是根据订单id来进行的）
解决方案：使用全局ID生成器。
（1）全局ID生成器是一种在分布式系统下用来生成全局唯一ID的工具（也称为分布式唯一ID），一般要满足下列特性：
-
唯一性
-
高可用
-
高性能
-
递增性
-
安全性
（2）全局唯一ID生成策略：
- UUID
- Redis自增
- snowflake算法
- 数据库自增
（3）我们这里使用redis作为全局唯一生成器的实现方案，原因如下：
-
redis是独立于数据库之外的，它只有一个，当所有人都来访问redis时，它的自增一定是唯一的（唯一性）
-
使用redis的集群、主从方案、哨兵功能，可以维持它的高可用性（高可用）
-
redis具有高性能（高性能）
-
可以使用redis的String类型，具有自增性（如：incr命令）（自增性）
Redis Incr 命令将 key 中储存的数字值增一
如果 key 不存在，那么 key 的值会先被初始化为 0 ，然后再执行 INCR 操作
-
为了增加id的安全性，我们不会直接使用自增redis自增的id，而是拼接一些其他信息：（安全性）
ID构造：时间戳+计数器（使用long类型，共八字节，64bit）
-
符号位：1bit，永远为0
-
时间戳：31bit，以秒为单位，可以使用约69年
-
序列号：32bit，秒内的计数器，这样可以支持每秒产生2^32个不同的ID
-
4.2Redis实现全局唯一ID
（1）创建全局ID生成器RedisIdWorker
package com.hmdp.utils;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;
import javax.annotation.Resource;
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneOffset;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
/**
* @author 李
* @version 1.0
*/
@Component
public class RedisIdWorker {
//开始时间戳(1970-01-01T00:00:00到2022-01-01T00:00:00的秒数)
private static final long BEGIN_TIMESTAMP = 1640995200L;
//序列号的位数
private static final int COUNT_BITS = 32;
@Resource
private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;
//public static void main(String[] args) {
// //开始时间
// LocalDateTime time = LocalDateTime.of(2022, 1, 1, 0, 0, 0);
// //得到1970-01-01T00:00:00Z.到指定时间为止的具体秒数
// long second = time.toEpochSecond(ZoneOffset.UTC);
// System.out.println(second);//1640995200L
//}
public long nextId(String keyPrefix) {
//1.生成时间戳
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
long nowSecond = now.toEpochSecond(ZoneOffset.UTC);
//开始时间到当前时间的 时间戳
long timeStamp = nowSecond - BEGIN_TIMESTAMP;
//2.生成序列号(keyPrefix代表业务前缀)
/*
* Redis的 Incr命令将 key 中储存的数字值增1，如果key不存在，那么key的值会先被初始化为0，然后再执行INCR操作。
* 根据这个特性，我们每一天拼接不同的日期，当做key。也就是说同一天下单采用相同的key，不同天下单采用不同的key
* 这种方法不仅可以防止订单号使用完（redis的的自增最多可以有2^64位，我们采取其中32位作计数器），
* 还可以根据不同的日期，统计该天的订单数量
*/
//2.1获取当前的日期（精确到天）
String date = now.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy:MM:dd"));
//2.2做自增长
Long count = stringRedisTemplate.opsForValue().increment("icr:" + keyPrefix + ":" + date);
//3.拼接并返回
//将时间戳左移32位，空出来的右边32位使用count填充，共64位
return timeStamp << COUNT_BITS | count;
}
}
（2）测试类（部分代码）
@Resource
private RedisIdWorker redisIdWorker;
private ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(500);
@Test
public void testIdWorker() throws InterruptedException {
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(300);
//线程，生成100个id
Runnable task = () -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
long id = redisIdWorker.nextId("order");
System.out.println("id" + id);
}
latch.countDown();
};
long start = System.currentTimeMillis();
//共执行300次任务
for (int i = 0; i < 300; i++) {
es.submit(task);
}
//让所有线程执行完才计时
latch.await();
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("共用时=" + (end - start));
}
关于countdownlatch
countdownlatch名为信号枪：主要的作用是同步协调在多线程的等待于唤醒问题。如果没有CountDownLatch ，由于程序是异步的，当异步程序没有执行完时，主线程可能就已经执行完了。如果期望的是分线程全部走完之后，主线程再走，此时就需要使用到CountDownLatch。CountDownLatch 中有两个最重要的方法：1.countDown 2.await
await 方法是阻塞方法，使用await可以让main线程阻塞，当CountDownLatch 内部维护的变量变为0时，就不再阻塞，直接放行。那么什么时候CountDownLatch 维护的变量变为0 呢？我们只需要调用一次countDown ，内部变量就减少1。
根据这个性质，让分线程和变量绑定， 执行完一个分线程就减少一个变量，当分线程全部走完，CountDownLatch 维护的变量就是0，此时await就不再阻塞，统计出来的时间也就是所有分线程执行完后的时间。
测试结果：
查看redis中的数据：对应的key的自增值已经变为30000，说明生成了3w个id
4.2.1总结
全局唯一ID生成策略：
- UUID
- Redis自增
- snowflake算法
- 数据库自增（使用一张表来单独记录id）
Redis自增ID策略：
- 每天一个key，方便统计订单量
- ID结构：时间戳+计数器
4.2实现优惠券秒杀下单
4.2.1需求分析&业务流程
每个店铺都可以发布优惠券，分为平价券和特价券。平价券可以任意购买，而特价券需要秒杀抢购：
这两张券对应的数据库表结构如下：
-
tb_voucher：（优惠券表）优惠券的基本信息、优惠金额、使用规则等（包括平价券和秒杀券）
-
tb_seckill_voucher：（秒杀优惠券表）优惠券的库存、开始抢购时间、结束抢购时间。秒杀优惠券才需要填写这些信息。
要求在店铺详情中实现下单购买秒杀券：
下单时需要判断两点：
- 秒杀是否开始或者结束，如果尚未开始或者已经结束则无法下单
- 秒杀券的库存是否充足，不足则无法下单
优惠券订单表结构：
业务流程分析：
4.2.2代码实现
（1）优惠券订单实体：VoucherOrder.java
package com.hmdp.entity;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.IdType;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableId;
import com.baomidou.mybatisplus.annotation.TableName;
import lombok.Data;
import lombok.EqualsAndHashCode;
import lombok.experimental.Accessors;
import java.io.Serializable;
import java.time.LocalDateTime;
/**
* 优惠券订单实体
*
* @author 李
* @version 1.0
*/
@Data
@EqualsAndHashCode(callSuper = false)
@Accessors(chain = true)
@TableName("tb_voucher_order")
public class VoucherOrder implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
//主键
@TableId(value = "id", type = IdType.INPUT)
private Long id;
//下单的用户id
private Long userId;
//购买的代金券id
private Long voucherId;
//支付方式 1：余额支付；2：支付宝；3：微信
private Integer payType;
//订单状态，1：未支付；2：已支付；3：已核销；4：已取消；5：退款中；6：已退款
private Integer status;
//下单时间
private LocalDateTime createTime;
//支付时间
private LocalDateTime payTime;
//核销时间
private LocalDateTime useTime;
//退款时间
private LocalDateTime refundTime;
//更新时间
private LocalDateTime updateTime;
}
（2）mapper接口
package com.hmdp.mapper;
import com.hmdp.entity.VoucherOrder;
import com.baomidou.mybatisplus.core.mapper.BaseMapper;
/**
* Mapper 接口
*
* @author 李
* @version 1.0
*/
public interface VoucherOrderMapper extends BaseMapper<VoucherOrder> {
}
（3）IVoucherOrderService 服务类
package com.hmdp.service;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.VoucherOrder;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.IService;
/**
* 服务类
*
* @author 李
* @version 1.0
*/
public interface IVoucherOrderService extends IService<VoucherOrder> {
Result seckillVoucher(Long voucherId);
}
（4）VoucherOrderServiceImpl 服务实现类
package com.hmdp.service.impl;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.SeckillVoucher;
import com.hmdp.entity.VoucherOrder;
import com.hmdp.mapper.VoucherOrderMapper;
import com.hmdp.service.ISeckillVoucherService;
import com.hmdp.service.IVoucherOrderService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import com.hmdp.utils.RedisIdWorker;
import com.hmdp.utils.UserHolder;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;
import javax.annotation.Resource;
import java.time.LocalDateTime;
/**
* 服务实现类
*
* @author 李
* @version 1.0
*/
@Service
public class VoucherOrderServiceImpl extends ServiceImpl<VoucherOrderMapper, VoucherOrder> implements IVoucherOrderService {
@Resource
private ISeckillVoucherService seckillVoucherService;
@Resource
private RedisIdWorker redisIdWorker;
@Override
@Transactional
public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
//根据id查询优惠券信息
SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
if (voucher == null) {
return Result.fail("该优惠券不存在，请刷新！");
}
//判断秒杀券是否在有效时间内
//若不在有效期，则返回异常结果
if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
return Result.fail("秒杀尚未开始！");
}
if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
return Result.fail("秒杀已经结束！");
}
//若在有效期，判断库存是否充足
if (voucher.getStock() < 1) {//库存不足
return Result.fail("秒杀券库存不足！");
}
//库存充足，则扣减库存（操作秒杀券表）
boolean success = seckillVoucherService.update().setSql("stock = stock -1").eq("voucher_id", voucherId).update();
if (!success) {//操作失败
return Result.fail("秒杀券库存不足！");
}
//扣减库存成功，则创建订单，返回订单id
VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
//设置订单id
long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
voucherOrder.setId(orderId);
//设置用户id
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
voucherOrder.setUserId(userId);
//设置代金券id
voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
//将订单写入数据库（操作优惠券订单表）
this.save(voucherOrder);
//返回订单id
return Result.ok(orderId);
}
}
（5）控制器 VoucherOrderController
package com.hmdp.controller;
import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.service.IVoucherOrderService;
import com.hmdp.service.IVoucherService;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import javax.annotation.Resource;
/**
* 秒杀券前端控制器
*
* @author 李
* @version 1.0
*/
@RestController
@RequestMapping("/voucher-order")
public class VoucherOrderController {
@Resource
private IVoucherOrderService voucherOrderService;
@PostMapping("seckill/{id}")
public Result seckillVoucher(@PathVariable("id") Long voucherId) {
return voucherOrderService.seckillVoucher(voucherId);
}
}
（6）测试，在前端页面点击购买，显示抢购成功，订单号如下：
优惠券订单表tb_voucher_order成功插入一条数据：
对应的秒杀券的库存减一：
4.3超卖问题
4.3.1问题分析
4.2的代码并没有考虑到并发的问题：当有多个用户同时对一个秒杀券进行抢购，并发会让系统出现超卖问题：即卖出的秒杀券数量>实际的秒杀券库存
我们使用jemeter测试：
运行上述设置，测试结果如下：
-
秒杀券表中，id=2的秒杀券库存出现了负数：
-
订单表中，对应的数量为104单，但是对应的秒杀券的库存最多只有100张。也就是说：出现了超卖问题
出现超卖问题的原因：
4.2的代码只是简单地进行库存判断，并没有考虑到线程并发。当有多个线程同时去判断库存时，如果当前库存大于0，则这些线程都会去进行库存扣减，从而发生并发安全问题：
4.3.2解决方案
超卖问题是典型的多线程安全问题，针对这一问题的常见解决方案就是加锁：
这里使用乐观锁方案。乐观锁的关键是判断之前查询到的数据是否有被修改过：
常见的方式有两种：
（1）版本号法：
表中设置一个版本号字段，线程在修改表之前，先查询一次版本号。对数据库表操作时，再查询一次版本号，如果值和之前的一致，说明此时表的数据在两次查询之间没有被修改过，我们就可以进行业务操作，并设置新的版本号。
update语句会对当前修改的行进行锁定操作（数据库有行级锁，不用担心一行记录被同时修改）。
因此，进行表修改时，由于数据库行锁，其他线程会等待数据修改后再更新库存
sql执行是交给数据库的，如果开启了事务的话，就是两个事务的并发问题，此时将会启动两阶段封锁协议，保证事务并发安全
（2）CAS法：
这里为了简化，使用库存代替版本号，原理和方案1是一致的：线程在修改表之前，先查询一次库存的值。对数据库表操作时，再查询一次库存值，如果值和之前的一致，说明此时表的数据在两次查询之间没有被修改过，我们就可以进行业务操作。
CAS 有三个操作数：内存值 V、预期值 A、要修改的值 B。CAS 最核心的思路就是，仅当预期值 A 和当前的内存值 V 相同时，才将内存值修改为 B。
为了简便，这里使用方案2，但实际的业务还是建议使用版本法来避免其他问题。
4.3.3代码实现
（1）修改VoucherOrderServiceImpl，添加如下代码：
（2）测试：
清除之前的订单信息（tb_voucher_order）：
还原tb_seckill_voucher表的测试数据：
然后使用jemeter进行测试：
测试结果：
券没有超卖，但是出现了新的问题：前几个请求中就出现了下单失败的情况，200个线程只有100-63=37个线程下单成功（理想情况下是100，即秒杀券全部卖出）
原因分析：这是因为，当有一个线程去修改数据时，其他很多的线程也来同时请求，它们都根据第一次查询的stock值去判断，发现stock值变化了，因此当第一个线程修改数据后，都没有去对数据进行操作），导致发生了库存充足，仍然抢不到券的情况（抢券失败率偏高）。
（3）改进：修改VoucherOrderServiceImpl，修改如下划线处：
分析：线程A获取stock值，通过业务判断，然后去对库存值进行update操作；因为update语句会对当前修改的行进行锁定操作，因此，进行表修改时，由于数据库行锁，其他线程会等待数据修改后再更新库存。当等待后获取锁，将where stock > 0作为update条件，这时，只要stock不小于0就仍可以售券。
update where 是先走where去拿锁，拿不到就阻塞，等拿到锁了再去执行update
再次对其测试：可以看到200个线程并发，100张秒杀券全部售完。并且没有出现超卖现象，同时解决了库存充足却抢不到券的问题。
4.3.4总结
超卖这样的线程安全问题，解决方案有哪些？
- 悲观锁：添加同步锁，让线程串行执行
- 优点：简答粗暴
- 缺点：性能一般
- 乐观锁：不加锁，在更新时判断是否有其他线程在修改
- 优点：性能好
- 缺点：成功率低