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分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

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Hello读者朋友们,今天打算分享一篇测评实践类的文章,用优雅的代码与真实的数据来讲述在分布式场景下,不同方式实现的分布式锁,分别探究每一种方式的性能情况与最终的优劣分析。

开门见山,我们先看一张表格,是由Jmeter测试生成的数据结果,现在不必看懂,本篇文章会从业务场景说起,到分布式锁的引入与分析,相信读完全文后大家就可以融会贯通。

分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

1 总体描述与业务实现

说到分布式锁,我们就会想到分布式架构设计的场景,想到分布式架构设计,一般就认定他是为了高并发高负载的业务而起,想到高并发高负载的业务,我们首先可以想到的就是电商平台的秒杀商品场景,没错,通过逆向推导,我们本次的主要业务就是一个电商平台秒杀商品的场景,在此场景下,我们使用分布式锁用来防止商品超卖这个问题,当然此场景下还有诸多需要解决的问题,但是其余我们在此不会涉及。

1.1 场景描述

本次场景就是一个超级简易版的电商秒杀后端系统,大量用户同时购买库存有限的商品,主要流程就是:

用户进行商品购买,商品系统首先查询库存量,足够时则去到数据库进行库存扣减,而后生成通知订单系统生成订单,最终返回给用户,而库存不够时则直接返回用户提示购买失败,不会经过订单系统,所以正常情况下库存量的数量和生成的最大订单量需一致。

因此,我们重点关注的问题就是如何在超大请求量的情况下防止出现超卖现象

库存足够:

分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

库存不足:

分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

1.2 业务代码实现

安装上面的场景描述,我们使用Go语言+MySQL数据库进行简单的实现:

数据访问层代码:

package dao

import (
   "database/sql"
   "fmt"
   _ "github.com/go-sql-driver/mysql"
)

type Book struct {
   Id    int64  `json:"id"`
   Name  string `json:"name"`
   Price int32  `json:"price"`
   Store int64  `json:"store"`
}

type BookDao struct {
   db     *sql.DB
   tbName string
}

func NewBookDao() *BookDao {
   mysqlDB, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/test?charset=utf8")
   if err != nil {
      fmt.Errorf("Open mysql connection is err  %s", err)
   }
   return &BookDao{db: mysqlDB, tbName: "book"}
}

func (dao *BookDao) GetBookById(id int64) (Book, error) {
   var book Book
   querySql := fmt.Sprintf("SELECT id,name,price,store FROM %s WHERE id=%d", dao.tbName, id)
   rows, err := dao.db.Query(querySql)
   if err != nil {
      fmt.Errorf("GetBookById Query err %s", err)
      return Book{}, err
   }
   if rows.Next() {
      err = rows.Scan(&book.Id, &book.Name, &book.Price, &book.Store)
      if err != nil {
         fmt.Errorf("GetBookById Scan err %s", err)
         return Book{}, err
      }
   }
   return book, nil
}

func (dao *BookDao) UpdateBookStoreById(book Book) error {
   updateSql := fmt.Sprintf("UPDATE %s SET name=?,price=?,store=? WHERE id=?", dao.tbName)
   stmt, err := dao.db.Prepare(updateSql)
   if err != nil {
      fmt.Errorf("UpdateBookStoreById Prepare err %s", err)
      return err
   }
   _, err = stmt.Exec(book.Name, book.Price, book.Store, book.Id)
   return err
}

业务层代码:

package service

import (
   "fmt"
   "lock_demo/dao"
)

var orderCount int32 //记录订单数量

func BuyBook(userName string, buyNum int64) string {
   bookDao := dao.NewBookDao()
   book, err := bookDao.GetBookById(1)
   if err != nil {
      fmt.Errorf("GetBookById err %s", err)
      return userName + "购买失败"
   }
   if book.Store >= buyNum && book.Store > 0 {
      book.Store = book.Store - buyNum
      err := bookDao.UpdateBookStoreById(book)
      if err != nil {
         fmt.Errorf("UpdateBookStoreById err %s", err)
         return userName + "购买失败"
      }
      orderCount += 1
      fmt.Printf("===%s 购买成功!数量:%d,剩余:%d,订单量:%d ===\n", userName, buyNum, book.Store, orderCount)
      return userName + "购买成功"
   }
   fmt.Printf("===%s 购买失败!数量:%d,剩余:%d,数量不足===\n", userName, buyNum, book.Store)
   return userName + "购买失败"
}

接口层代码:

package main

import (
   "fmt"
   "github.com/spf13/cast"
   "lock_demo/service"
   "net/http"
)

func RunServer() {
   http.HandleFunc("/buyBook", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
      username := r.URL.Query().Get("name")
      buyNum := r.URL.Query().Get("num")
      resp := service.BuyBook(username, cast.ToInt64(buyNum))
      _, err := w.Write([]byte(resp))
      if err != nil {
         fmt.Errorf("write err %s", err)
      }
   })
   err := http.ListenAndServe(":8081", nil)
   if err != nil {
      fmt.Errorf("Http run err %s ", err)
   }
}

func main() {
   RunServer()
}

项目需要添加的依赖(包括将要使用的分布式锁的依赖):

 github.com/go-redis/redis/v8 v8.11.4
   github.com/go-redsync/redsync/v4 v4.6.0
   github.com/go-sql-driver/mysql v1.6.0
   github.com/go-zookeeper/zk v1.0.3
   github.com/spf13/cast v1.5.0
   go.etcd.io/etcd/client/v3 v3.5.5

数据库:

CREATE TABLE `book`(
   `id` int(11) NOT NULL,
   `name` varchar(255) NOT NULL,
   `price` double NOT NULL,
   `store` int(11) NOT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into book value(1,'Go学习笔记',299,100);

1.3 问题的产生

为了更直观的看到问题所在,我们先不加锁,启动项目,访问地址:

GET http://localhost:8081/buyBook

加上必要的请求参数

GET http://localhost:8081/buyBook?name=BarryYan&num=1

下面我们打开Jmeter工具,新建测试计划,在测试计划中新建线程组和Http请求,我们的参数为20线程循环100次,由上面的SQL语句我们知道,商品的库存只有1000,但是20*100次的请求会有2000的请求量,去抢购1000个商品,正常来讲一定是有1000个用户因为库存不足买不到商品:

分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

接下来我们启动Jmeter,查看运行项目的控制台,如下图:

分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

等Jmeter执行完成后我们看一下MySQL中还有没有库存:

分布式锁:不同实现方式实践测评(上)

大家可以看到,20*100个请求过后,我们的库存还剩余712,并且订单量也是不正确的,这个问题就是典型的高并发下线程不安全导致的超卖问题。

1.4 分析问题的原因

简述问题的原因,就是在多线程情况下资源被每个线程都获取一份相同的实例,而后在更新库存时每个线程都更新自身操作后的数据,进而每个线程执行过后产生了相同的数据结果,导致了操作多次后数量未发生改变,举个例子:

(1)当前库存900

(2)用户A在D1时间访问数据库看到库存900,用户B在D1时间访问数据库看到库存900

(3)用户A购买1个,库存剩余900-1=899,修改数据库库存为899,用户B也购买1个,库存剩余900-1=899,修改数据库库存为899

(4)此时,数据库剩余库存为899

但是用户A和用户B都获得了订单,库存却只减了1,那么如果D1时间点还有用户C、D、E同时购买呢?结果我们不得而知。