抢红包案例分析以及代码实现

概述

电商的秒杀、抢购,春运抢票,微信QQ抢红包,从技术的角度来说,这对于Web 系统是一个很大的考验. 高并发场景下,系统的优化和稳定是至关重要的.

互联网的开发包括Java 后台、 NoSQL、数据库、限流、CDN、负载均衡等内容, 目前并没有权威性的技术和设计,有的只是长期经验的总结,但是使用这些经验可以有效优化系统,提高系统的并发能力.

我们接下来的几篇博文主要讨论 Java 后台、 NoSQL ( Redis )和数据库部分技术.

抢红包案例

主要分以下几大部分:

环境搭建

模拟超量发送的场景-DataBase(MySql5.7)

悲观锁的实现版本-DataBase(MySql5.7)

乐观锁的实现版本-DataBase(MySql5.7)

Redis实现抢红包

案例关注点

模拟 20 万元的红包,共分为 2 万个可抢的小红包,有 3 万人同时抢夺的场景 ,模拟出现超发和如何保证数据一致性的问题。

在高并发的场景下,除了数据的一致性外,还要关注性能的问题 , 因为一般而言 , 时间太长用户体验就会很差,所以要测试数据一致性和系统的性能。

工程结构

库表设计

MySql5.7

红包表表示存放红包的是一个大红包的信息,它会分为若干个小红包,为了业务简单,假设每一个红包是等额的。而对于抢红包而言,就是从大红包中抢夺那些剩余的小红包,剩余红包数会被记录在红包表中。 两个表有外键关联

这样就建好了两个表,并且将一个 20 万元金额,2 万个小红包,每个 10 元的红包信息插入到了红包表中,用作模拟数据。

Domain

有了这两个表,我们就可以为这两个表建两个 POJO 了,让这两个表和 POJO 对应起来,这两个 POJO 为 RedPacket 和 UserRedPacket,实现类序列化接口。

红包信息

抢红包信息

Dao层实现

MyBatis Dao接口类及对应的Mapper文件

使用 MyBatis 开发,先来完成大红包信息的查询先来定义一个 DAO 对象

其中的两个方法 , 一个是查询红包,另一个是扣减红包库存。

抢红包的逻辑是,先查询红包的信息,看其是否拥有存量可以扣减。如果有存量,那么可以扣减它,否则就不扣减。

接着将对应的Mapper映射文件编写一下

这里getRedPacket并没有加锁这类动作,目的是为了演示超发红包的情况。

然后是抢红包的设计了 ,先来定义插入抢红包的 DAO ,紧接着是Mapper映射文件

这里使用了 useGeneratedKeys 和 keyPrope町,这就意味着会返回数据库生成的主键信息,这样就可以拿到插入记录的主键了 , 关于 DAO 层就基本完成了。别忘了单元测试!!!

Service层实现

接下来定义两个 Service 层接口,分别是 UserRedPacketService和RedPacketService

实现类如下:

配置了事务注解@Transactional , 让程序能够在事务中运行,以保证数据的一致性 , 这里采用的是读/写提交的隔离级别 , 之所以不采用更高的级别, 主要是提高数据库的并发能力,而对于传播行为则采用 Propagation.REQUIRED,这样调用这个方法的时候,如果没有事务则会创建事务, 如果有事务则沿用当前事务。

实现 UserRedPacketService 接口的方法 grapRedPacket,它是核心的接口方法

grapRedPacket 方法的逻辑是首先获取红包信息,如果发现红包库存大于 0,则说明还有红包可抢,抢夺红包并生成抢红包的信息将其保存到数据库中。要注意的是,数据库事务方面的设置,代码中使用注解@Transactional , 说明它会在一个事务中运行,这样就能够保证所有的操作都是在一个事务中完成的。在高并发中会发生超发的现象,后面会看到超发的实际测试。

使用全注解搭建SSM 开发环境

我们这里将使用注解的方式来完成 SSM 开发的环境,可以通过继承 AbstractAnnotationConfigDispatcherServletlnitfal izer 去配置其他内 容,因此首先来配置 WebApplnitialize

WebAppInitializer继承了 AbstractAnnotationConfigDispatcherServletlnitializer, 重写了 3 个抽象方法 , 并且覆盖了父类的 customizeRegistration 方法 , 作为上传文件的配置。

getRootConfigClasses 是一个配置 Spring IoC 容器的上下文配置 , 此配置在代码中将会由类 RootConfig 完成

getServletConfigClasses 配置 DispatcherServlet 上下文配置,将会由WebConfig完成

getServletMappings 配置 DispatcherServlet 拦截 内 容 , 这里设置的是拦截所有以 .do 结尾的请求

通过这 3 个方法就可以配置 Web 工程中 的 Spring IoC 资源和 DispatcherServlet 的配置内容 , 首先是配置 Spring IoC 容器,配置类 RootConfig

这个类和之前论述的有所不同 , 它标注了注解 , 实现了接口 , 这样的配置是为了实现注解式的事务 , 将来可以通过注解@Transactional 配 置数据库事务。

它有一 个方法这需要将一个事务管理器返回给它就可以了

除了配置数据库事务外 ,还配置了数据源 SqISessionFactoryBean 和 MyBatis 的扫描类 , 并把 MyBatis的扫描类通过注解 和包名限定。这样 MyBatis 就会通过 Spring 的机制找到对应的接 口和配置 , Spring 会自动把对应的接口装配到 IoC 容器中 。

有了 Spring IoC 容器后 , 还需要配置 DispatcherServlet 上下文

这里配置了一个视图解析器 , 通过它找到对应 JSP 文件,然后使用数据模型进行渲染,采用自定义 创 建 , 为了让它能够支持 JSON 格式(@ResponseBody ) 的转换,所以需要创建一个关于对象和 JSON 的转换消息类

创建它之后,把它注册给 对象 , 这样当控制器遇到注解 的时候就知道采用 JSON 消息类型进行应答 , 那么在控制器完成逻辑后 , 由处理器将其和消息转换类型做匹配,找到 类对象,从而转变为 JSON 数据。

通过上面的 3 个类就搭建好了 Spring MVC 和 Spring 的开发环境,但是没有完成对MyBatis 配置文件. 从方法中看到加载的MyBatis 的配置文件为,该配置文件主要是加载mapper映射文件

记得进行Service层的单元测试, 关于后台的逻辑就已经完成 , 接下来继续将Controller层实现,进行页面测试吧。

Controller层

对于控制器而言 , 它将抢夺一个红包 , 并且将一个 Map返回,由于使用了注解@ResponseBody 标注方法,所以最后它会转变为一个 JSON 返回给前端请求,编写 JSP 对其进行测试

View层

grap.jsp

这里我们使用了 JavaScript 去模拟 3 万人同时抢红包的场景 . 请使用 Firefox进行测试(Chrome老是丢失请求,IE慢)

JavaScript 的 post 请求是一个异步请求,所以这是一个高并发的场景,它将抢夺 id 为1的红包 , 依据之前 SQL 的插入 , 这是一个 20 万元的红包 , 一共有两万个,那么在这样高并发场景下会有什么问题发生呢?

注意两个点 : 一个是数据的一致性,另外一个是性能问题。

运行测试

启动tomcat,前端访问 http://localhost:8080/ssm_redpacket/grap.jsp

如果有日志,记得调成error级别,或者不打印日志。

我这里的mysql是部署在虚拟机中,CPU和内存的配置都不高。 内存1G。

超量发送的BUG验证

模拟高并发场景的抢红包后,两个维度进行统计

1:数据一致性

2: 性能

抢红包一致性统计:

使用 SQL 去查询红包的库存、发放红包的总个数、总金额,我们发现了错误,红包总额为 20 万元,两万个小红包,结果发放了 200020元的红包, 20002 个红包。现有库存为-2,超出了之前的限定,这就是高并发的超发现象,这是一个错误的逻辑 。

抢红包性能统计:

一共使用了 190 秒的时间,完成 20002 个红包的抢夺,性能一般。。。但是逻辑上存在超发错误,还需要解决超发问题 。

超发问题解决思路

超发现象是由多线程下数据不一致造成的,对于此类问题,如果采用数据库方案的话,主要通过悲观锁和乐观锁来处理,这两种方法的性能是不一样的。

接下来我们分别使用悲观锁、乐观锁、Redis+lua的方式来解决这个超发问题。

代码

https://github.com/yangshangwei/ssm_redpacket

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(完)

Java团长

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