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[導讀]基于Redis使用分布式鎖在當今已經不是什么新鮮事了。本篇文章主要是基于我們實際項目中因為redis分布式鎖造成的事故分析及解決方案。


作者:浪漫先生

原文:juejin.im/post/6854573212831842311



前言
基于Redis使用分布式鎖在當今已經不是什么新鮮事了。本篇文章主要是基于我們實際項目中因為redis分布式鎖造成的事故分析及解決方案。
背景
我們項目中的搶購訂單采用的是分布式鎖來解決的。有一次,運營做了一個飛天茅臺的搶購活動,庫存100瓶,但是卻超賣了!要知道,這個地球上飛天茅臺的稀缺性啊?。?!事故定為P0級重大事故…只能坦然接受。整個項目組被扣績效了。。。
事故發(fā)生后,CTO指名點姓讓我?guī)ь^沖鋒來處理,好吧,沖~

事故現場

經過一番了解后,得知這個搶購活動接口以前從來沒有出現過這種情況,但是這次為什么會超賣呢?原因在于:之前的搶購商品都不是什么稀缺性商品,而這次活動居然是飛天茅臺 ,通過埋點數據分析,各項數據基本都是成倍增長,活動熱烈程度可想而知!話不多說,直接上核心代碼,機密部分做了偽代碼處理。。。
     
????public?SeckillActivityRequestVO?seckillHandle(SeckillActivityRequestVO?request)?{
????SeckillActivityRequestVO?response;
????????String?key?=?"key:"?+?request.getSeckillId;
????????try?{
????????????Boolean?lockFlag?=?redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key,?"val",?10,?TimeUnit.SECONDS);
????????????if?(lockFlag)?{
????????????????//?HTTP請求用戶服務進行用戶相關的校驗
????????????????//?用戶活動校驗

????????????????//?庫存校驗
????????????????Object?stock?=?redisTemplate.opsForHash().get(key+":info",?"stock");
????????????????assert?stock?!=?null;
????????????????if?(Integer.parseInt(stock.toString())?<=?0)?{
????????????????????//?業(yè)務異常
????????????????}?else?{
????????????????????redisTemplate.opsForHash().increment(key+":info",?"stock",?-1);
????????????????????//?生成訂單
????????????????????//?發(fā)布訂單創(chuàng)建成功事件
????????????????????//?構建響應VO
????????????????}
????????????}
????????}?finally?{
????????????//?釋放鎖
????????????stringRedisTemplate.delete("key");
????????????//?構建響應VO
????????}
????????return?response;
????}
以上代碼,通過分布式鎖過期時間有效期10s來保障業(yè)務邏輯有足夠的執(zhí)行時間;采用 try-finally 語句塊保證鎖一定會及時釋放。業(yè)務代碼內部也對庫存進行了校驗。看起來很安全啊~ 別急,繼續(xù)分析。。。

事故原因

飛天茅臺搶購活動吸引了大量新用戶下載注冊我們的APP,其中,不乏很多羊毛黨,采用專業(yè)的手段來注冊新用戶來薅羊毛和刷單。當然我們的用戶系統(tǒng)提前做好了防備,接入阿里云人機驗證、三要素認證以及自研的風控系統(tǒng)等各種十八般武藝,擋住了大量的非法用戶。此處不禁點個贊~
但也正因如此,讓用戶服務一直處于較高的運行負載中
搶購活動開始的一瞬間,大量的用戶校驗請求打到了用戶服務。導致用戶服務網關出現了短暫的響應延遲,有些請求的響應時長超過了10s,但由于HTTP請求的響應超時我們設置的是30s,這就導致接口一直阻塞在用戶校驗那里,10s后,分布式鎖已經失效了,此時有新的請求進來是可以拿到鎖的,也就是說鎖被覆蓋了。這些阻塞的接口執(zhí)行完之后,又會執(zhí)行釋放鎖的邏輯,這就把其他線程的鎖釋放了,導致新的請求也可以競爭到鎖~這真是一個極其惡劣的循環(huán)。
這個時候只能依賴庫存校驗,但是偏偏庫存校驗不是非原子性的,采用的是 get and compare 的方式, 超賣的悲劇就這樣發(fā)生了 ~~~

事故分析

仔細分析下來,可以發(fā)現,這個搶購接口在高并發(fā)場景下,是有嚴重的安全隱患的,主要集中在三個地方:
  • 沒有其他系統(tǒng)風險容錯處理 ?
    由于用戶服務吃緊,網關響應延遲,但沒有任何應對方式,這是超賣的 導火索 。
  • 看似安全的分布式鎖其實一點都不安全 ?
    雖然采用了
    set key value [EX seconds] [PX milliseconds][NX|XX] 的方式,但是如果線程A執(zhí)行的時間較長沒有來得及釋放,鎖就過期了,此時線程B是可以獲取到鎖的。當線程A執(zhí)行完成之后,釋放鎖,實際上就把線程B的鎖釋放掉了。這個時候,線程C又是可以獲取到鎖的,而此時如果線程B執(zhí)行完釋放鎖實際上就是釋放的線程C設置的鎖。這是超賣的
直接原因
  • 非原子性的庫存校驗 ?
    非原子性的庫存校驗導致在并發(fā)場景下,庫存校驗的結果不準確。這是超賣的 根本原因 。通過以上分析,問題的根本原因在于庫存校驗嚴重依賴了分布式鎖。因為在分布式鎖正常set、del的情況下,庫存校驗是沒有問題的。但是,當分布式鎖不安全可靠的時候,庫存校驗就沒有用了。

解決方案

知道了原因之后,我們就可以對癥下藥了。

實現相對安全的分布式鎖

相對安全的定義:set、del是一一映射的,不會出現把其他現成的鎖del的情況。從實際情況的角度來看,即使能做到set、del一一映射,也無法保障業(yè)務的絕對安全。因為鎖的過期時間始終是有界的,除非不設置過期時間或者把過期時間設置的很長,但這樣做也會帶來其他問題。故沒有意義。?要想實現相對安全的分布式鎖,必須依賴key的value值。在釋放鎖的時候,通過value值的唯一性來保證不會勿刪。我們基于LUA腳本實現 原子性的get and compare ,如下:
     
????public?void?safedUnLock(String?key,?String?val)?{
????????String?luaScript?=?"local?in?=?ARGV[1]?local?curr=redis.call('get',?KEYS[1])?if?in==curr?then?redis.call('del',?KEYS[1])?end?return?'OK'"";
????????RedisScript?redisScript?=?RedisScript.of(luaScript);
????????redisTemplate.execute(redisScript,?Collections.singletonList(key),?Collections.singleton(val));
????}
我們通過LUA腳本來實現安全地解鎖。

實現安全的庫存校驗

如果我們對于并發(fā)有比較深入的了解的話,會發(fā)現想 get and compare/ read and save
等操作,都是非原子性的。如果要實現原子性,我們也可以借助LUA腳本來實現。但就我們這個例子中,由于搶購活動一單只能下1瓶,因此可以不用基于LUA腳本實現而是基于redis本身的原子性。原因在于:
     
????//?redis會返回操作之后的結果,這個過程是原子性的
????Long?currStock?=?redisTemplate.opsForHash().increment("key",?"stock",?-1);
發(fā)現沒有,代碼中的庫存校驗完全是“畫蛇添足”。

改進之后的代碼

經過以上的分析之后,我們決定新建一個DistributedLocker類專門用于處理分布式鎖。
     
????public?SeckillActivityRequestVO?seckillHandle(SeckillActivityRequestVO?request)?{
????SeckillActivityRequestVO?response;
????????String?key?=?"key:"?+?request.getSeckillId();
????????String?val?=?UUID.randomUUID().toString();
????????try?{
????????????Boolean?lockFlag?=?distributedLocker.lock(key,?val,?10,?TimeUnit.SECONDS);
????????????if?(!lockFlag)?{
????????????????//?業(yè)務異常
????????????}

????????????//?用戶活動校驗
????????????//?庫存校驗,基于redis本身的原子性來保證
????????????Long?currStock?=?stringRedisTemplate.opsForHash().increment(key?+?":info",?"stock",?-1);
????????????if?(currStock?0
)?{?//?說明庫存已經扣減完了。
????????????????//?業(yè)務異常。
????????????????log.error("[搶購下單]?無庫存");
????????????}?else?{
????????????????//?生成訂單
????????????????//?發(fā)布訂單創(chuàng)建成功事件
????????????????//?構建響應
????????????}
????????}?finally?{
????????????distributedLocker.safedUnLock(key,?val);
????????????//?構建響應
????????}
????????return?response;
????}
????復制代碼

深度思考

分布式鎖有必要么
改進之后,其實可以發(fā)現,我們借助于redis本身的原子性扣減庫存,也是可以保證不會超賣的。對的。但是如果沒有這一層鎖的話,那么所有請求進來都會走一遍業(yè)務邏輯,由于依賴了其他系統(tǒng),此時就會造成對其他系統(tǒng)的壓力增大。這會增加的性能損耗和服務不穩(wěn)定性,得不償失?;诜植际芥i可以在一定程度上攔截一些流量。
分布式鎖的選型
有人提出用RedLock來實現分布式鎖。RedLock的可靠性更高,但其代價是犧牲一定的性能。在本場景,這點可靠性的提升遠不如性能的提升帶來的性價比高。如果對于可靠性極高要求的場景,則可以采用RedLock來實現。
再次思考分布式鎖有必要么
由于bug需要緊急修復上線,因此我們將其優(yōu)化并在測試環(huán)境進行了壓測之后,就立馬熱部署上線了。實際證明,這個優(yōu)化是成功的,性能方面略微提升了一些,并在分布式鎖失效的情況下,沒有出現超賣的情況。?然而,還有沒有優(yōu)化空間呢?有的!
由于服務是集群部署,我們可以將庫存均攤到集群中的每個服務器上,通過廣播通知到集群的各個服務器。網關層基于用戶ID做hash算法來決定請求到哪一臺服務器。這樣就可以基于應用緩存來實現庫存的扣減和判斷。性能又進一步提升了!
     
????//?通過消息提前初始化好,借助ConcurrentHashMap實現高效線程安全
????private?static?ConcurrentHashMap?SECKILL_FLAG_MAP?=?new?ConcurrentHashMap<>();
????//?通過消息提前設置好。由于AtomicInteger本身具備原子性,因此這里可以直接使用HashMap
????private?static?Map?SECKILL_STOCK_MAP?=?new?HashMap<>();

????...

????public?SeckillActivityRequestVO?seckillHandle(SeckillActivityRequestVO?request)?{
????SeckillActivityRequestVO?response;

????????Long?seckillId?=?request.getSeckillId();
????????if(!SECKILL_FLAG_MAP.get(requestseckillId))?{
????????????//?業(yè)務異常
????????}
?????????//?用戶活動校驗
?????????//?庫存校驗
????????if(SECKILL_STOCK_MAP.get(seckillId).decrementAndGet()?0
)?{
????????????SECKILL_FLAG_MAP.put(seckillId,?false);
????????????//?業(yè)務異常
????????}
????????//?生成訂單
????????//?發(fā)布訂單創(chuàng)建成功事件
????????//?構建響應
????????return?response;
????}
通過以上的改造,我們就完全不需要依賴redis了。性能和安全性兩方面都能進一步得到提升!?
當然,此方案沒有考慮到機器的動態(tài)擴容、縮容等復雜場景,如果還要考慮這些話,則不如直接考慮分布式鎖的解決方案。

總結

稀缺商品超賣絕對是重大事故。如果超賣數量多的話,甚至會給平臺帶來非常嚴重的經營影響和社會影響。經過本次事故,讓我意識到對于項目中的任何一行代碼都不能掉以輕心,否則在某些場景下,這些正常工作的代碼就會變成致命殺手!對于一個開發(fā)者而言,則設計開發(fā)方案時,一定要將方案考慮周全。
怎樣才能將方案考慮周全?唯有持續(xù)不斷地學習!

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