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功能03-优惠券秒杀02

4.功能03-优惠券秒杀

4.4一人一单

4.4.1需求分析

要求：修改秒杀业务，要求同一个优惠券，一个用户只能下一单。

在之前的做法中，加入一个对用户id和优惠券id的判断，如果在优惠券下单表中已经存在，则表示该用户对于这张优惠券已经下过单了，不允许重复购买

4.4.2代码实现

（1）修改VoucherOrderServiceImpl的seckillVoucher方法，在扣减库存之前，加入如下逻辑：

//一人一单
Long userId = UserHolder.getUser().getId();
//查询订单
int count = query().eq("user_id", userId).eq("voucher_id", voucherId).count();
if (count > 0) {//说明已经该用户已经对该优惠券下过单了
    return Result.fail("用户已经购买过一次！");
}

（2）使用jemeter进行测试：由同一个用户发起200个并发线程，进行下单请求

测试结果：查看数据库发现，秒杀券原本有100张，现在只剩下94张，也就是说一个用户抢购了多张同样的券

（3）原因分析：

因为是多线程并发操作，假设当前数据库中没有某个用户的对应券的订单，这时，有100个线程来执行（1）代码的逻辑，大家都来查询订单，都发现该用户没有下过订单，因此都进行之后的下单操作，于是一个用户就连续插入了多条订单记录。根本原因还是线程并发的安全问题。

（4）解决方案：使用悲观锁。

修改VoucherOrderServiceImpl：

我们将查询用户是否购买过某个优惠券的功能，以及扣减库存、下单功能抽取到一个方法createVoucherOrder()中，在seckillVoucher方法中，通过synchronized锁定对象（用户id），这样同一个用户发起多个线程时，多个线程同时只能有一个线程进入到createVoucherOrder()中（不同用户的不同线程不受影响），然后去判断是否符合业务，从而实现一人一单的问题。

package com.hmdp.service.impl;

import com.hmdp.dto.Result;
import com.hmdp.entity.SeckillVoucher;
import com.hmdp.entity.VoucherOrder;
import com.hmdp.mapper.VoucherOrderMapper;
import com.hmdp.service.ISeckillVoucherService;
import com.hmdp.service.IVoucherOrderService;
import com.baomidou.mybatisplus.extension.service.impl.ServiceImpl;
import com.hmdp.utils.RedisIdWorker;
import com.hmdp.utils.UserHolder;
import org.springframework.aop.framework.AopContext;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

import javax.annotation.Resource;
import java.time.LocalDateTime;

/**
 * 服务实现类
 *
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
@Service
public class VoucherOrderServiceImpl extends ServiceImpl<VoucherOrderMapper, VoucherOrder> implements IVoucherOrderService {
    @Resource
    private ISeckillVoucherService seckillVoucherService;
    @Resource
    private RedisIdWorker redisIdWorker;

    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        //根据id查询优惠券信息
        SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
        if (voucher == null) {
            return Result.fail("该优惠券不存在，请刷新！");
        }
        //判断秒杀券是否在有效时间内
        //若不在有效期，则返回异常结果
        if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀尚未开始！");
        }
        if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀已经结束！");
        }
        //若在有效期，判断库存是否充足
        if (voucher.getStock() < 1) {//库存不足
            return Result.fail("秒杀券库存不足！");
        }

        Long userId = UserHolder.getUser().getId();

        //即使是同一个userId,在不同线程中调用toString得到的是不同的字符串对象，synchronized无法锁定
        //因此这里还要使用intern()方法：
        //调用intern()时，如果常量池中已经包含一个等于这个String对象（由equals(Object)方法确定）的字符串，
        //则返回池中的字符串。否则将此String对象添加到常量池中并返回该String对象的引用
        
        //先获取锁，然后提交createVoucherOrder()的事务，再释放锁，才能确保线程是安全的
        synchronized (userId.toString().intern()) {
            //spring声明式事务的原理，通过aop的动态代理实现，获取到这个动态代理，让动态代理去调用方法
            IVoucherOrderService proxy =(IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        }
    }

    @Transactional
    public Result createVoucherOrder(Long voucherId) {
        //一人一单
        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        //查询订单
        int count = query().eq("user_id", userId).eq("voucher_id", voucherId).count();
        if (count > 0) {//说明已经该用户已经对该优惠券下过单了
            return Result.fail("用户已经购买过一次！");
        }
        //库存充足，则扣减库存（操作秒杀券表）
        boolean success = seckillVoucherService.update()
                .setSql("stock = stock -1")//set stock = stock -1
                //where voucher_id =? and stock>0
                .gt("stock", 0).eq("voucher_id", voucherId).update();
        if (!success) {//操作失败
            return Result.fail("秒杀券库存不足！");
        }
        //扣减库存成功，则创建订单，返回订单id
        VoucherOrder voucherOrder = new VoucherOrder();
        //设置订单id
        long orderId = redisIdWorker.nextId("order");
        voucherOrder.setId(orderId);
        //设置用户id
        //Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        voucherOrder.setUserId(userId);
        //设置代金券id
        voucherOrder.setVoucherId(voucherId);
        //将订单写入数据库（操作优惠券订单表）
        save(voucherOrder);

        return Result.ok(orderId);
    }
}

（5）引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.aspectj</groupId>
    <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
</dependency>

（6）主程序中添加注解@EnableAspectJAutoProxy：

（7）IVoucherOrderService中添加方法声明：

（8）重新进行（2）的测试。可以看到，同一个用户对一种优惠券同时发起200个线程请求下单，结果是：成功下单，且只能下单一次

4.5分布式锁

4.5.1问题提出（集群模式下的线程并发问题）

通过加锁，可以解决在单机情况下的一人一单安全问题，但是在集群模式下就不行了：

（1）我们将服务启动两份，端口分别为8081,8082：

View--Tool Windows--Services

点击add service，选择Run Configuration Type，选择SpringBoot

按如下步骤配置，然后点击apply

点击启动新的项目，形成一个集群：

（2）然后修改nginx的conf目录下的nginx.conf文件，配置反向代理和负载均衡：

命令行重新加载nginx配置：nginx.exe -s reload

（3）测试集群情况下，4.4实现的“一人一单”功能是否生效：

在VoucherOrderServiceImpl如下位置打上断点：

以debug方式启动两个服务端：

我们用一个用户发起两次请求：

测试结果如下：同一个用户的两个线程同时进入了对象锁中，对象锁失效了！

原来的数据：

现在：

说明在集群模式下出现了线程并发的安全问题。

4.5.2原因分析

在单机服务器的情况下：

利用互斥锁解决了一人一单问题，确保了串行执行

在集群服务器的情况下：

如上图，在JVM1中，synchronized修饰的是对象（UserId），synchronized依赖于monitor对象—监视器锁来实现锁机制。由于userId相同，锁的监视器对象相同，因此当线程1来获取锁的时候，锁监视器会记录获取锁的对象。当线程2再来获取锁的时候，此时锁监视器发现不是记录的线程，于是线程2获取互斥锁失败。

但是当我们做集群部署的时候，一个节点意味着一个新的tomcat，同时也意味着一个新的JVM。不同的JVM拥有各自的堆、栈、方法区。

JVM2中，synchronized修饰的是也是对象（UserId），它的锁监视器和JVM1的不是同一个对象，当线程3来获取锁的时候，JVM2的锁监视器是空的，线程3可以获取互斥锁。

综上，锁监视器在JVM的内部可以监视到线程，实现互斥。但是，如果有多个JVM，就会有多个锁监视器，那么每一个JVM内部都会有一个线程获取互斥锁成功。这意味着在集群的情况下，可能出现线程的并发安全问题。

锁底层原理

要解决上述问题，我们需要想办法，让多个JVM只能使用同一把锁。

4.5.3解决方案

经过上述分析，我们已经知道在集群模式下，synchronized的锁失效了，要想解决这个问题，需要使用分布式锁。

分布式锁：满足分布式系统或集群模式下多进程可见并且互斥的锁。

不同的分布式锁的实现方案：

分布式锁的核心是实现多线程之间互斥，满足这一点的方式有很多，常见的有三种：

这里利用redis来实现分布式锁。

4.5.4实现思路（基于Redis的分布式锁）

实现分布式锁时需要实现的两个基本方法：

a. 获取锁：

互斥，确保只能有一个线程获取锁
非阻塞式：尝试一次，成功返回true，失败返回false

#添加锁，利用setnx的互斥特性
SETNX lock thread1
#添加锁过期时间，避免服务器宕机（非redis服务宕机）引起的死锁
EXPIRE lock 10

此外，还要保证senx lock value和expire lock，两个操作是原子性的，否则可能会出现添加锁之候服务宕机的情况，这样就会出现死锁。因此，最好使用set命令一次性添加“锁”和设置过期时间。

操作说明：

127.0.0.1:6379> help SET

  SET key value [EX seconds] [PX milliseconds] [NX|XX]
  summary: Set the string value of a key
  since: 1.0.0
  group: string

#获取锁的最终方案：添加锁，NX是互斥，EX是设置超时时间
SET lock thread1 EX 10 NX

b. 释放锁：

手动释放
超时释放：获取锁时添加一个超时时间

#释放锁，删除即可
DEL key

整个流程：

4.5.5基于Redis实现分布式锁（初级版本）

（1）定义一个类，实现下面接口，利用Redis实现分布式锁功能

package com.hmdp.utils;

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
public interface ILock {
    /**
     * 尝试获取锁
     *
     * @param timeoutSec 锁持有的时间，过期后自动释放
     * @return true代表获取锁成功，false代表获取锁失败
     */
    public boolean tryLock(long timeoutSec);

    /**
     * 释放锁
     */
    public void unLock();
}

（2）创建SimpleRedisLock.java

使用redis的setnx来实现分布式互斥锁

package com.hmdp.utils;

import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
public class SimpleRedisLock implements ILock {
    private String name;
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    public SimpleRedisLock(String name, StringRedisTemplate stringRedisTemplate) {
        this.name = name;
        this.stringRedisTemplate = stringRedisTemplate;
    }

    private static final String KEY_PREFIX = "lock:";

    @Override
    public boolean tryLock(long timeoutSec) {
        //获取线程标识
        long threadId = Thread.currentThread().getId();
        //获取锁
        Boolean success = stringRedisTemplate.opsForValue()
                .setIfAbsent(KEY_PREFIX + name, threadId + "", timeoutSec, TimeUnit.SECONDS);
        return Boolean.TRUE.equals(success);//防止空指针
    }

    @Override
    public void unLock() {
        //释放锁
        stringRedisTemplate.delete(KEY_PREFIX + name);
    }
}

（3）修改VoucherOrderServiceImpl的seckillVoucher()方法：

package com.hmdp.service.impl;

import ...

/**
 * 服务实现类
 *
 * @author 李
 * @version 1.0
 */
@Service
public class VoucherOrderServiceImpl extends ServiceImpl<VoucherOrderMapper, VoucherOrder> implements IVoucherOrderService {
    @Resource
    private ISeckillVoucherService seckillVoucherService;
    @Resource
    private RedisIdWorker redisIdWorker;
    @Resource
    private StringRedisTemplate stringRedisTemplate;

    @Override
    public Result seckillVoucher(Long voucherId) {
        //根据id查询优惠券信息
        SeckillVoucher voucher = seckillVoucherService.getById(voucherId);
        if (voucher == null) {
            return Result.fail("该优惠券不存在，请刷新！");
        }
        //判断秒杀券是否在有效时间内
        //若不在有效期，则返回异常结果
        if (voucher.getBeginTime().isAfter(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀尚未开始！");
        }
        if (voucher.getEndTime().isBefore(LocalDateTime.now())) {
            return Result.fail("秒杀已经结束！");
        }
        //若在有效期，判断库存是否充足
        if (voucher.getStock() < 1) {//库存不足
            return Result.fail("秒杀券库存不足！");
        }

        Long userId = UserHolder.getUser().getId();
        //--------------start---------------------
        //创建锁对象
        SimpleRedisLock lock = new SimpleRedisLock("order:" + userId, stringRedisTemplate);
        //获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock(1200);
        //判断是否获取锁成功
        if (!isLock) {//获取锁失败
            //直接返回错误，不阻塞
            return Result.fail("不允许重复下单！");
        }
        try {
            //获取代理对象（事务）
            IVoucherOrderService proxy = (IVoucherOrderService) AopContext.currentProxy();
            //这里应该先获取锁，然后提交createVoucherOrder()的事务，再释放锁，才能确保线程是安全的
            return proxy.createVoucherOrder(voucherId);
        } finally {
            //释放锁
            lock.unLock();
        }
         //--------------end---------------------
    }
    

    @Transactional
    public Result createVoucherOrder(Long voucherId) {
        ...
    }
}

（4）测试：以debug方式启动两个服务端：