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Redis 併發原子性原理

Redis原子性原理

摘要:

1、Redis是單程序單執行緒的網路模型,用的是epoll,poll,select網路模型,這些網路模型都是單執行緒處理網路請求

2、Redis的單執行緒處理所有的客戶端連線請求,命令讀寫請求。(有些任務比如rdb和aof等操作是fork子程序處理的,不會影響redis主執行緒處理客戶端的命令)

3、Redis提供的所有API操作,相對於服務端方面都是one by one執行的,命令是一個接著一個執行的,不存在併發的情況。

4、Redis客戶端就可能會出現高併發出現錯誤的讀寫資料,下面我們舉個電商秒殺的例子來講解一下。

Redis在併發中的表現

Redis的API是原子性的操作,那麼多個命令在併發中也是原子性的嗎?

看看下面這段程式碼:

<?php
 
 $num = 10;   //系統庫存量
 $user_id =  \Session::get('user_id');//當前搶購使用者id
 $len = \Redis::llen('order:1');  //檢查庫存,order:1 定義為健名
 if($len >= $num)
   return '已經搶光了哦';

$result = \Redis::lpush('order:1',$user_id);  //把搶到的使用者存入到列表中
if($result)
  return '恭喜您!搶到了哦';

如果程式碼正常執行,按照預期理解的是列表order:1中最多隻能儲存10個使用者的id,因為庫存只有10個。
然而,但是,在使用jmeter工具模擬多使用者併發請求時,最後發現order:1中總是超過5個使用者,也就是出現了“超搶/超賣”。
分析問題就出在這一段程式碼:

 $len = \Redis::llen('order:1');  //檢查庫存,order:1 定義為健名
 if($len >= $num)
   return '已經搶光了哦';

雖然llen和lpush2個操作如果單獨執行是具備原子性的,然而上面這個業務2個命令組合起來才算是完成一個業務,但是2個命令組合起來就不具備原子性,所有在兩個命令之間其他客戶端會出現讀寫髒資料的情況。

在搶購進行到一定程度,假如現在已經有9個人搶購成功,又來了3個使用者同時搶購,三個使用者假設有先後順序,但是在第一個使用者lpush到redis之前,其他的兩個使用者其實已經獲取push之前的長度9了,這時if條件將會被繞過(條件同時被滿足了),這三個使用者都能搶購成功。而實際上只剩下一件庫存可以搶了。


在高併發下,很多看似不大可能是問題的,都成了實際產生的問題了。要解決“超搶/超賣”的問題,核心在於保證檢查庫存時的操作是依次執行的,再形象的說就是把“多執行緒”轉成“單執行緒”。即使有很多使用者同時到達,也是一個個檢查並給與搶購資格,一旦庫存搶盡,後面的使用者就無法繼續了。
我們需要使用redis的原子操作來實現這個“單執行緒”。首先我們把庫存存在goods_store:1這個列表中,假設有10件庫存,就往列表中push10個數,這個數沒有實際意義,僅僅只是代表一件庫存。搶購開始後,每到來一個使用者,就從goods_store:1中pop一個數,表示使用者搶購成功。當列表為空時,表示已經被搶光了。因為列表的pop操作是原子的,即使有很多使用者同時到達,也是依次執行的。搶購的示例程式碼如下:
比如這裡我先把庫存(可用庫存,這裡我強調下哈,一般都是商品詳情頁搶購,後來者進來看到的庫存可能不再是後臺系統配置的10個庫存數了)放入redis佇列:

 

 $num=10; //庫存
 $len=\Redis::llen('goods_store:1'); //檢查庫存,goods_store:1 定義為健名
 $count = $num-$len; //實際庫存-被搶購的庫存 = 剩餘可用庫存
 for($i=0;$i<$count;$i++)
   \Redis::lpush('goods_store:1',1);//往goods_store列表中,未搶購之前這裡應該是預設滴push10個庫存數了

 //echo \Redis::llen('goods_store:1');//未搶購之前這裡就是10了

 

好吧,搶購時間到了:

 /* 模擬搶購操作,搶購前判斷redis佇列庫存量 */
 $count=\Redis::lpop('goods_store:1');//lpop是移除並返回列表的第一個元素。
 if(!$count)
    return '已經搶光了哦';
 /* 下面處理搶購成功流程 */
\DB::table('goods')->decrement('num', 1);//減少num庫存欄位

使用者搶購成功後,上面的我們也可以稍微優化下,比如我們可用將使用者ID存入了order:1列表中。接下來我們可以引導這些使用者去完成訂單的其他步驟,到這裡才涉及到與資料庫的互動。最終只有很少的人走到這一步吧,也就解決的資料庫的壓力問題。
我們再改下上面的程式碼:

 

$user_id =  \Session::get('user_id');//當前搶購使用者id
/* 模擬搶購操作,搶購前判斷redis佇列庫存量 */
$count=\Redis::lpop('goods_store:1');
if(!$count)
  return '已經搶光了哦';

$result = \Redis::lpush('order:1',$user_id);
if($result)
  return '恭喜您!搶到了哦';

 

為了檢測實際效果,我使用jmeter工具模擬100、200、1000個使用者併發進行搶購,經過大量的測試,最終搶購成功的使用者始終為10,沒有出現“超搶/超賣”。