因为库存超卖问题是有很多种技术解决方案的,比如悲观锁,分布式锁,乐观锁,队列串行化,Redis原子操作,等等吧。

但是既然面试官兄弟限定死了用分布式锁来解决库存超卖,我估计就是想问一个点:在高并发场景下如何优化分布式锁的并发性能

我觉得,面试官提问的角度还是可以接受的,因为在实际落地生产的时候,分布式锁这个东西保证了数据的准确性,但是他天然并发能力有点弱。

刚好我之前在自己项目的其他场景下,确实是做过高并发场景下的分布式锁优化方案,因此正好是借着这个朋友的面试题,把分布式锁的高并发优化思路,给大家来聊一聊。

库存超卖现象是怎么产生的?

分布式锁高并发优化实践

用分布式锁如何解决库存超卖问题?

分布式锁高并发优化实践

有没有其他方案可以解决库存超卖问题?

当然有啊!比如悲观锁,分布式锁,乐观锁,队列串行化,异步队列分散,Redis原子操作,等等,很多方案,我们对库存超卖有自己的一整套优化机制。

但是前面说过了,这篇文章就聊一个分布式锁的并发优化,不是聊库存超卖的解决方案,所以库存超卖只是一个业务场景而已。

分布式锁的方案在高并发场景下

大家看一眼下面的图,加深一下感觉。
分布式锁高并发优化实践
所以看到这里,大家起码也明白了,简单的使用分布式锁来处理库存超卖问题,存在什么缺陷。

缺陷就是同一个商品多用户同时下单的时候,会基于分布式锁串行化处理,导致没法同时处理同一个商品的大量下单的请求。

这种方案,要是应对那种低并发、无秒杀场景的普通小电商系统,可能还可以接受。

因为如果并发量很低,每秒就不到10个请求,没有瞬时高并发秒杀单个商品的场景的话,其实也很少会对同一个商品在一秒内瞬间下1000个订单,因为小电商系统没那场景。

如何对分布式锁进行高并发优化?

其实说出来也很简单,相信很多人看过java里的ConcurrentHashMap的源码和底层原理,应该知道里面的核心思路,就是分段加锁

把数据分成很多个段,每个段是一个单独的锁,所以多个线程过来并发修改数据的时候,可以并发的修改不同段的数据。不至于说,同一时间只能有一个线程独占修改ConcurrentHashMap中的数据。

另外,Java 8中新增了一个LongAdder类,也是针对Java 7以前的AtomicLong进行的优化,解决的是CAS类操作在高并发场景下,使用乐观锁思路,会导致大量线程长时间重复循环。

LongAdder中也是采用了类似的分段CAS操作,失败则自动迁移到下一个分段进行CAS的思路。

其实分布式锁的优化思路也是类似的,之前我们是在另外一个业务场景下落地了这个方案到生产中,不是在库存超卖问题里用的。

但是库存超卖这个业务场景不错,很容易理解,所以我们就用这个场景来说一下。大家看看下面的图:
分布式锁高并发优化实践
其实这就是分段加锁。你想,假如你现在iphone有1000个库存,那么你完全可以给拆成20个库存段,要是你愿意,可以在数据库的表里建20个库存字段,比如stock_01,stock_02,类似这样的,也可以在redis之类的地方放20个库存key。

总之,就是把你的1000件库存给他拆开,每个库存段是50件库存,比如stock_01对应50件库存,stock_02对应50件库存。

接着,每秒1000个请求过来了,好!此时其实可以是自己写一个简单的随机算法,每个请求都是随机在20个分段库存里,选择一个进行加锁。

bingo!这样就好了,同时可以有最多20个下单请求一起执行,每个下单请求锁了一个库存分段,然后在业务逻辑里面,就对数据库或者是Redis中的那个分段库存进行操作即可,包括查库存 -> 判断库存是否充足 -> 扣减库存。

这相当于什么呢?相当于一个20毫秒,可以并发处理掉20个下单请求,那么1秒,也就可以依次处理掉20 * 50 = 1000个对iphone的下单请求了。

一旦对某个数据做了分段处理之后,有一个坑大家一定要注意:就是如果某个下单请求,咔嚓加锁,然后发现这个分段库存里的库存不足了,此时咋办?

这时你得自动释放锁,然后立马换下一个分段库存,再次尝试加锁后尝试处理。这个过程一定要实现。

分布式锁并发优化方案有没有什么不足?

不足肯定是有的,最大的不足,大家发现没有,很不方便啊!实现太复杂了。

  • 首先,你得对一个数据分段存储,一个库存字段本来好好的,现在要分为20个分段库存字段;

  • 其次,你在每次处理库存的时候,还得自己写随机算法,随机挑选一个分段来处理;
    最后,如果某个分段中的数据不足了,你还得自动切换到下一个分段数据去处理。

  • 这个过程都是要手动写代码实现的,还是有点工作量,挺麻烦的。

不过我们确实在一些业务场景里,因为用到了分布式锁,然后又必须要进行锁并发的优化,又进一步用到了分段加锁的技术方案,效果当然是很好的了,一下子并发性能可以增长几十倍。

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