你所不知道的库存超限做法

作者：程序诗人，来自：cnblogs.com/scy251147

零，题记

在互联网企业中，限购的做法，多种多样，有的别出心裁，有的因循守旧，但是种种做法皆想达到的目的，无外乎几种，商品卖的完，系统抗的住，库存不超限。虽然短短数语，却有着说不完，道不尽，轻者如释重负，重者涕泪横流的架构体验。但是，在实际开发过程中，库存超限，作为其中最核心的一员，到底该怎么做，如何做才会是最合适的呢？

今天这篇文章，我将会展示给大家库存限购的五种常见的做法，并对其利弊一一探讨，由于这五种做法，有的在设计之初当做提案被否定掉的，有的在线上跑着，但是在没有任何单元测试和压测情况下，这几种超限控制的做法也许是不符合你的业务的，所以不建议直接用于生产环境。我这里权当是做抛砖引玉，期待大家更好的做法。

工欲善其事必先利其器，在这里，我们将利用一台测试环境的redis服务器当做库存超限控制的主战场，先设置库存量为10进去，然后根据此库存量，一一展开，设置库存代码如下：

   1:  def set_storage():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      key = "storage_seckill"
   4:      current_storage = conn.get(key)
   5:      if current_storage == None:
   6:          conn.set(key, 10)

为了方便性，我这里使用了python语言来书写逻辑，但是今天我们只是讲解思想，语言这类的，大家可以自己尝试转一下。

上面就是我们的设置库存到redis中的做法，很简单，就是在redis中设置一个storage_seckill的库存key，然后里面放上库存量10.

一，超限限制做法一

先获取当前库存值进行比对，然后进行扣减操作

   1:  def storage_scenario_one():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      key = "storage_seckill"
   4:      current_storage = conn.get(key)
   5:      current_storage_int = int(current_storage)
   6:      if current_storage_int<=0 :
   7:          return 0
   8:      result = conn.decr(key)
   9:      return result

首先，我们拿到当前的库存值，然后看看是否已经扣减到了零，如果扣减到了零，则不继续扣减，直接返回；如果库存还有，则利用decr原子操作进行扣减，同时返回扣减后的库存值。

此种做法在小并发量下访问，问题不大；在对库存量控制不严格的业务中，问题也不大。但是如果并发量比较大一些，同时业务要求严格控制库存，那么此种做法是非常不合适的，原因在于，在高并发情况下，get命令，decr命令，都是分开发给redis的，这样会导致比对的时候，很容易出现限制不住的情况，也就是会造成第六行的比对失效。

设想如下一个场景，AB两个请求进来，A获取的库存值为1，B获取的库存值为1，然后两个请求都被发到redis中进行扣减操作，然后这种场景下，A最后得到的库存值为0；但是B最后得到的库存值为-1，超限。

所以此种场景，由于在高并发下，get和decr操作不是一组原子性操作，会引发超限问题，被直接pass。

二，超限限制做法二

先扣减库存，然后比对，最后根据情况回滚

   1:  def storage_scenario_two():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      key = "storage_seckill"
   4:      current = conn.decr(key)
   5:      if current>=0:
   6:          return current
   7:      else:
   8:          #回滚库存
   9:          conn.incr(key)
  10:          return 0

首先，请求进来，直接对库存值进行扣减，然后得到当前的库存值；然后，对此库存值进行校验，如果库存还有，则返回库存值，如果库存没有了，则回滚库存，以便于防止负库存量的存在。

此做法，相比做法一，要稍微可靠一些，由于redis的decr操作直接返回真实的库存值，所以每个请求进来，只要执行了decr操作，拿到的肯定是当前最准确的库存值。然后进行比对，如果库存值大于等于零，返回当前库存值，如果小于零，则将库存进行回滚。

此种做法，最大的一个问题就是，如果大批量的并发请求过来，redis承受的写操作的量，相对于方法一来说，是加倍的，因为回滚库存的存在导致的。所以这种情况下，高并发量进来，极有可能将redis的写操作打出极限值，然后会出现很多redis写失败的错误警告。另一个问题和做法一是一样的，就是第五行的比对在高并发下，也是限不住的，具体的压测结果请看我的这篇stackoverflow的提问：Will redis incr command can be limitation to specific number?

所以此种场景，虽然在高并发情况下避免了redis命令的分开操作，但是却大大增加了redis的写并发量，被pass。

三，超限限制做法三

先递减库存，然后通过整数溢出控制，最后根据情况回滚

   1:  def storage_scenario_three():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      key = "storage_seckill"
   4:      current = conn.decr(key)
   5:      #通过整数控制溢出的做法
   6:      if storage_overflow_checker(current):
   7:          return current
   8:      else:
   9:          #回滚库存
  10:          conn.incr(key)
  11:          return 0
  12:   
  13:  def storage_overflow_checker(current_storage):
  14:      #如果当前库存未被递减到0，则check_number为int类型，isinstance方法检测结果为true
  15:      #如果当前库存已被递减到负数，则check_number为long类型，isinstance方法检测结果为false
  16:      check_number = sys.maxint - current_storage
  17:      check_result = isinstance(check_number,int)
  18:      return check_result

说明一下，当前库存，如果为负数，则利用python的isinstance(check_number,int)检测的时候，check_result返回是false；如果为非负数，则检测的时候，check_result返回的是true，上面的storage_overflow_checker的做法，和下面的C#语言的做法是一样的，利用C#语言描述，大家可能对上面的代码更清晰一些：

   1:      /**
   2:       * 通过让Integer溢出的方式来控制数量超卖(递减导致溢出)
   3:       * @param current
   4:       * @return
   5:       */
   6:      public boolean StorageOverFillChecker(long current) {
   7:          try {
   8:              //当前数值的结果计算
   9:              Long value = Integer.MAX_VALUE - current;
  10:              //尝试转变为Inter类型，如果超卖，则转换会出错；如果未超卖，则转换不会出错
  11:              Integer.parseInt(value.toString());
  12:          } catch (Exception ex) {
  13:              //值溢出
  14:              return true;
  15:          }
  16:   
  17:          return false;
  18:      }

可以看出，此种做法和方法二很相似，只是比对部分由，直接和零比对，变成了通过检测integer是否溢出的方式来进行。这样就彻底解决了高并发情况下，直接和零比对，限制不住的问题了。

虽然此种做法，相对于做法二说来，要靠谱很多，但是仍然解决不了在高并发情况下，redis写并发量加倍的问题，极有可能某个促销活动，在开始的那一刻，直接将redis的写操作打出问题来。

四，超限限制做法四

共享锁

   1:  def storage_scenario_four():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      key = "storage_seckill"
   4:      key_lock = key + "_lock"
   5:      if conn.setnx(key_lock, "1"):
   6:          #客户端挂掉，设置过期时间，防止其不释放锁
   7:          conn.pexpire(key_lock, 5)
   8:          current_storage = conn.get(key)
   9:          if int(current_storage)<=0 :
  10:              return 0
  11:          result = conn.decr(key)
  12:          #客户端正常，删除共享锁，提高性能
  13:          conn.delete(key_lock)
  14:          return result
  15:      else :
  16:          return "someone in it"

前面三种，由于在高并发下都有问题，所以本做法，主要是通过setnx设置共享锁，然后请求到锁的用户请求，正常进行库存扣减操作；请求不到锁的用户请求，则直接提示有其他人在操作库存。

由于setnx的特殊性，当客户端挂掉的时候，是不会释放这个锁的，所以当请求进来的时候，首先通过pexpire命令，为锁设置过期时间，防止死锁不释放。然后执行正常的库存扣减操作，当操作完毕，删掉共享锁，可以极大的提高程序性能，否则只能等待锁慢慢过期了。

此种做法相对于上面的三种操作，通过采用共享锁，牺牲了部分性能，来规避了高并发的问题，比较推荐，但是由于redis操作命令还是很多，并且每条都要发送到redis端执行，所以在网络传输上，耗费的时间开销是不小的。这是后面需要着力优化的方向。

看了上面四种做法，都不是很完美，其中最大的问题在于，高并发情况下，多条redis命令分开操作库存，极容易发生库存限不住的问题；同时，由于加了rollback库存操作，极容易由于redis写命令的操作数加倍导致压垮redis的风险。加了锁，虽然牺牲了部分性能，规避了高并发问题，但是redis命令操作量过多。

其实我上面一直在强调高并发，高并发。上面的四个场景，只有在高并发的情况下，才会出现问题，如果你的用户请求量没有那么多，那么采用上面四种方式之一，也不是不可以。但是如何才能知道采用起来没问题呢？其实最简单的一个方式，就是在你们自己的集群机器上，模拟活动的真实用户量，进行压测，看看会不会超限就行了，不超限的话，上面四种做法完全满足需求。

那么，就没有比较好一些的解决方案了吗？

也不是，虽然解决这个问题，没有绝对好用的银弹，但是有相对好用的大蒜和圣水。下面的讲解，会涉及到Redisson的Redlock的源码实现，当然也会涉及一点lua方面的知识，还请提前预备一下。

偶然在研究分布式锁的时候，尝试翻阅过Redisson的Redlock的实现，并对其底层的实现方式有所记录，我们先来看看其加锁过程的源码实现：

redlocklockinner

从上面的方法中，我们可以看到，分布式锁的上锁过程，是首先判断一个key存不存在，如果不存在，则设置这个key，然后pexpire设置一个过期时间，来防止客户端访问的时候，挂掉了后，不释放锁的问题。为什么这段lua代码就能实现分布式锁的核心呢？原因就是，这段代码放到一个lua脚本中，那么这段lua脚本就是一个原子性的操作。redis在执行这段lua脚本的过程中，不会掺杂任何其他的命令。所以从根本上避免了并发操作命令的问题。

我们都知道，一个key如果设置了过期时间，key过期后，redis是不会删掉这个key的，只有用户访问才会删除掉这个key，所以，当使用分布式锁的时候，如果设置的pexpire过期时间为5ms，那么一秒钟只能处理200个并发，性能非常低。如何解决这种性能问题呢？来看来解锁的操作：

redlockunlockinner

从上面解锁的方法中，我们可以看到，如果这个锁用完了之后，Redisson的做法是是直接删除掉的。这样可以提高不少的性能。（源码参阅，属于我自己的理解，如有谬误，还请指教）

那么按照上面这种设计思路，新的超限做法就出来了。

超限做法五

基于lua的共享锁

   1:  def storage_scenario_five():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      key = "storage_seckill"
   4:      key_lock = key + "_lock"
   5:      key_val = "get_the_key"
   6:      lua = """
   7:              local key    = KEYS[1]
   8:              local expire = KEYS[2]
   9:              local value  = KEYS[3]
  10:   
  11:              local result = redis.call('setnx',key,value)
  12:              if result == 1 then
  13:                 redis.call('pexpire', key, expire)
  14:              end
  15:              return result
  16:            """
  17:      locked = conn.eval(lua, 3, key_lock, 5, key_val)
  18:      print (locked == 1)
  19:      if locked == 1:
  20:          val = storage_scenario_one()
  21:          print("val:"+str(val))
  22:          #删掉共享key，用以提高性能, 否则只能默默的等其过期
  23:          conn.delete(key_lock)
  24:          return val
  25:      else:
  26:          return "someone in it"

这种做法，其实是做法四的衍生优化版本，优化的地方在于，将多条redis操作命令多次发送，改成了将多条redis操作命令放在了一个原子性操作事务中一次性执行完毕，省去了很多的网络请求。如果可以，其实你也可以将业务逻辑糅合到上面的lua代码中，这样一来，性能当然会更好。

上面这种做法，比较推荐。

超限做法六

All In Lua

   1:  def storage_scenario_six():
   2:      conn = redis_conn()
   3:      lua = """
   4:              local storage = redis.call('get','storage_seckill')
   5:              if  storage ~= false then
   6:                  if tonumber(storage) > 0 then
   7:                      return redis.call('decr','storage_seckill')
   8:                  else
   9:                      return 'storage is zero now, can't perform decr action'
  10:                  end
  11:              else
  12:                  return redis.call('set','storage_seckill',10)
  13:              end
  14:            """
  15:      result = conn.eval(lua,0)
  16:      print(result)

此种做法是当前最好的做法，所有的库存扣减操作都放在lua脚本中进行，形成一个原子性操作，redis在执行上面的lua脚本的时候，是不会掺杂任何其他的执行命令的。所以这样从根本上避免了高并发下，多条命令执行带来的问题。而且上面的redis命令执行，都直接在redis服务器上，省去了网络传输时间，也没有共享锁的限制，从性能上而言，是最好的。但是，业务逻辑的lua化，相对而言是比较麻烦的，所以对于追求极限库存控制的业务，可以考虑这种做法。

好了，这就是我今天为大家带来的六种库存超限的做法，每种做法都有自己的优缺点，好使的限不住，限的住的性能不行，性能好的又需要引入lua，真心不知道如何选择了。