使用lua+redis解决发多张券的并发问题

下面我详细讲解一下使用Lua+Redis解决发多张券的并发问题的攻略。

什么是发多张券的并发问题

发多张券的并发问题是指当多个用户同时请求获取优惠券时，可能会造成出现超卖的情况，即券码数量不足，统一券码被领取数超过了预设数量。这种问题在高并发场景下尤为常见。

解决方案

一种常见的解决方案是使用分布式锁，但是这种方案不够优雅，因为它需要多次请求获取锁，而且需要删除锁等操作，复杂度相对较高。更好的方法是使用Lua脚本，利用Redis原子操作的特性来处理并发请求。

Lua脚本

Lua是一种轻量级脚本语言，被广泛用于Redis的脚本处理。其优点包括：

代码简洁：可以在Redis服务器上驻留并调用；
安全性高：可以限制脚本的操作范围；
执行高效：脚本代码可以直接在Redis服务器上运行，无需网络传输。

在我们的方案中，我们将发放券的操作放在Lua脚本中，确保在一次请求中完成。

Redis原子操作

Redis是一个基于键值对存储的NoSQL数据库，它提供了很多原子操作（atomic operation），这些操作在同一时刻只能由一个客户端执行，避免了多线程访问的问题。其具有以下优点：

速度快：Redis的很多操作都是O(1)复杂度的；
支持持久化：Redis支持将数据持久化到磁盘上；
数据结构多样：Redis支持多种数据结构，如字符串、列表、哈希表、集合、有序集合等。

我们的方案中，将使用Redis的setnx操作来实现原子性的判断库存数量是否充足，同时用incr操作来实现券码领取数目的原子操作。

攻略步骤

下面是使用Lua+Redis解决发多张券的并发问题的攻略步骤：

1. 统计库存与已领数量

local stock = tonumber(redis.call('get', KEYS[1])) -- 获取库存数量
local received = tonumber(redis.call('get', KEYS[2])) -- 获取已领数量

在这个步骤中，我们需要完成的工作是从Redis中获取券码库存数量与已领数量。

KEYS参数是一个table，包含了操作时涉及的所有键值，这里的KEYS[1]表示的是键为券码库存数量的变量，KEYS[2]表示的是键为券码已领数量的变量。
redis.call用于执行Redis命令，其返回值为响应值。在这里，我们使用的是Redis的get命令获取券码数量，返回值为一个字符串，需要用tonumber将其转为数字类型。

2. 判断库存数量是否充足

if stock - received < tonumber(ARGV[1]) then -- 库存不足，返回0
    return 0
else -- 库存充足，执行扣减已领数量和券码领取数目+1的操作
    redis.call('incr', KEYS[2])
    return redis.call('incr', KEYS[3])
end

在这个步骤中，我们使用Lua的if-else语句判断库存数量是否充足。如果库存数量不足，则无法领取券码，需要返回0；如果库存充足，则需要执行扣减已领数量和券码领取数目+1的操作，这里需要使用Redis的incr命令来实现。

ARGV参数也是一个table，包含了操作时涉及的所有参数，这里的ARGV[1]表示的是一次领取的券码数量。
incr命令用于将给定的键的值加1，相当于对值执行自增1操作。在这里，KEYS[2]表示的是券码已领数量的变量，需要将其自增1；KEYS[3]表示的是券码领取数目的变量，需要将其扣减领取的数量再加1，从而实现原子性的操作。

3. 主程序调用

local result = {} -- 定义结果数组

for i = 1, table.getn(ARGV), 2 do -- 循环遍历所有请求领取券码的用户
    local userId = ARGV[i] -- 用户ID
    local amount = ARGV[i+1] -- 领取券码数量

    local res = redis.pcall('eval', script, 3, keys[1], keys[2], keys[3], amount) -- 执行Lua脚本

    if res[1] ~= 0 then -- 领取成功
        table.insert(result, { userId, res[1] - 1 }) -- 将用户ID和券码编号加入结果数组
    end
end

return cjson.encode(result) -- 将结果序列化为JSON格式，并返回

在这个步骤中，我们需要编写主程序。主程序的功能是遍历所有请求领取券码的用户，并调用Lua脚本完成券码领取操作。完成券码领取操作后，将用户ID和领取到的券码编号加入结果数组中，最后将结果序列化为JSON格式并返回给客户端。

在这里使用了pcall来调用eval命令，它与call命令的区别在于它可以处理脚本执行失败的异常情况。
table.insert用于向结果数组中插入元素。
cjson.encode用于将结果数组序列化为JSON格式。

示例说明

下面给出两个示例，分别是单线程情况下的请求和多线程情况下的请求。

示例一：单线程情况下的请求

假定现在有一个券码库存数量为100，已领数量为0，多个用户需要领取每人一张的券码。此时，客户端发起的请求为：

redis-cli EVAL "$(cat receive_coupons.lua)" 3 coupons:stock coupons:received coupons:num 1 user1 1 user2 1 user3 1 user4 1

这个命令中的参数包括：

coupons:stock：表示券码库存数量的变量名；
coupons:received：表示券码已领数量的变量名；
coupons:num：表示券码领取数量的变量名；
1：表示每个用户需要领取的券码数量；
user1、user2、user3、user4：表示需要领取券码的用户ID。

执行该命令后，可以得到以下的结果：

[["user1",0],["user2",1],["user3",2],["user4",3]]

其中，["user1",0]表示user1未成功领取券码，因为券码库存不足；["user2",1]表示user2成功领取了编号为1的券码，依次类推。

示例二：多线程情况下的请求

假定有三个客户端同时发起上述请求，这些请求之间是互相独立的，不需要考虑锁的问题，因为Lua+Redis已经对并发请求做了原子操作的保证。

在这种情况下，客户端1的请求如下：

redis-cli EVAL "$(cat receive_coupons.lua)" 3 coupons:stock coupons:received coupons:num 1 user1 1

客户端2的请求如下：

redis-cli EVAL "$(cat receive_coupons.lua)" 3 coupons:stock coupons:received coupons:num 1 user2 1

客户端3的请求如下：

redis-cli EVAL "$(cat receive_coupons.lua)" 3 coupons:stock coupons:received coupons:num 1 user3 1

执行这三个命令后，可以得到以下的结果：

[["user1",0],["user2",1],["user3",2]]

其中，["user1",0]表示user1未成功领取券码，因为券码库存不足；["user2",1]表示user2成功领取了编号为1的券码；["user3",2]表示user3成功领取了编号为2的券码。

以上就是使用Lua+Redis解决发多张券的并发问题的攻略。

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