基于redis设计的秒杀活动

FlashSale 意为 秒杀，是电子网上商城促销活动的一种形式

本项目依赖redis，使用redis的缓存以及原子操作实现秒杀活动

依赖的包

StackExchange.Redis  该包的作用类似redis client，可以实现原生操作 
 Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis  该包的作用偏向缓存用途，用来添加缓存、删除缓存

秒杀活动的设计

前端设计

将流量在上游系统中拦截

比如浏览器中 限时5秒只能请求一次
然后按钮置灰 防止用户重复点

更极端的，可以在前端生成0-1之间的随机数，随机数大于等于0.9，则发送真正的http请求，小于0.9，直接提示用户抢购/秒杀失败

后端设计

后台防止黑客，对接口限流，也是5秒 每个用户只能请求一次

秒杀是一个读多写少的场景、因此可以用缓存来扛高并发的读，防止流量到达数据库

设计秒杀活动的表结构

| 字段 |字段的描述 |
| :------------: | :------------: |
| Id | 秒杀活动的Id |
| Name | 秒杀活动的名称 宣传语 |
| ProductId |要秒杀的商品Id |
| ProductCount | 本次秒杀活动计划售出商品的数量 必须大于等于1 |
| EachUserCanBuy|每个参与活动的用户最多能抢购的数量 大于等于1 且小于等于 ProductCount|
| StartAt | 活动开始的时间 活动开始时间必须大于当前时间 + 10分钟，也就是最快只能10分钟后才开始 |
| EndAt | 活动结束的时间,结束时间必须大于等于 （开始时间 + 5分钟），即每场秒杀活动最短可以持续5分钟|

public class FlashSale
{
public int Id { get; set; }

/// <summary>
/// 秒杀活动的名称
/// </summary>
public string Name { get; set; } = null!;
/// <summary>
/// 要秒杀的商品Id
/// </summary>

public int ProductId { get; set; }
/// <summary>
/// 本次秒杀活动计划售出商品的数量 必须大于等于1
/// </summary>
public int ProductCount { get; set; }
/// <summary>
/// 每个参与活动的用户最多能抢购的数量 大于等于1 且小于等于 ProductCount
/// </summary>
public int EachUserCanBuy { get; set; }
/// <summary>
/// 活动开始的时间
/// </summary>
public DateTimeOffset StartAt { get; set; }
/// <summary>
/// 活动结束的时间
/// </summary>
public DateTimeOffset EndAt { get; set; }
}

　　

创建秒杀活动的时候，需要提交上述信息，
然后 秒杀开始前5分钟，不可以编辑秒杀活动了

更新本次秒杀活动需要删除缓存（做最终一致性）
对Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis的IDistributedCache进行扩展

using System.Text.Json;
using Microsoft.Extensions.Caching.Distributed;

namespace FlashSale.Extensions
{
/// <summary>
/// 本扩展是对Microsoft.Extensions.Caching.StackExchangeRedis包
/// 中一些方法的扩展
/// 注意：本方法仅仅是扩展，如果要做缓存与数据库数据最终一致性，用锁防止流量打到数据的操作，请在各自的service中做
/// </summary>
public static class DistributedCacheExtensions
{
/// <summary>
/// 该方法是对IDistributedCache中setStringAsync的扩展
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="cache">IDistributedCache</param>
/// <param name="recordKey">缓存的key</param>
/// <param name="record">缓存的value</param>
/// <param name="absoluteExpirationRelativeToNow">过期时间，可以为null，当为null的时候默认
/// 添加5分钟 + 2分钟内随机的时间。即 过期时间大于等于5分钟小于等于7分钟</param>
/// <param name="slidingExpireTIme">滑动过期时间 可以为null. 注意SlidingExpiration指的是 在这段时间 如果该key没有被访问，则会被删除</param>
/// <returns></returns>
public static async Task SetRecordAsync<T>(
this IDistributedCache cache,
string recordKey,
T record,
TimeSpan? absoluteExpirationRelativeToNow = null,
TimeSpan? slidingExpireTIme = null
)
{
var cacheOptions = new DistributedCacheEntryOptions()
{
AbsoluteExpirationRelativeToNow = absoluteExpirationRelativeToNow ?? TimeSpan.FromSeconds(5 * 60 + new Random().Next(1, 2 * 60)),
SlidingExpiration = slidingExpireTIme
};
var jsonData = JsonSerializer.Serialize(record);
await cache.SetStringAsync(recordKey, jsonData, cacheOptions);
}
/// <summary>
/// 通过缓存的key查找缓存的内容
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="cache">IDistributedCache</param>
/// <param name="recordKey">缓存的key</param>
/// <returns></returns>
public static async Task<T?> GetRecordAsync<T>(this IDistributedCache cache, string recordKey)
{
var jsonData = await cache.GetStringAsync(recordKey);
return jsonData is null ? default(T) : JsonSerializer.Deserialize<T>(jsonData);
}
}
}

　　

配合redis 需要三个key

第一个key，用来缓存上面的活动。 本次key的名称是 flashSale:活动id
第二个key，用来做商品数量的计数器 防止超卖(秒杀活动创建成功后 这个key也随之创建) 这个key 既可以incr也可以decr，如果是decr，则需要设置key初始值等于秒杀商品的数量 . 本次测试的key 名称是flashSale:活动Id:商品Id
第三个key 用来记录某个用户抢成功的次数（这个主要是配合 一个用户最多可以抢几个这个功能）

注意的地方：就是秒杀活动不预占库存，客户需对库存自行把握

业务：
将活动缓存起来，前端用户就是刷新而已

当请求进来的时候，判断当前时间点是否处于活动期间

否返回badrequest

使用incr 原子操作，对该用户参加这次活动的key 做+1 操作，如果结果大于 活动中设置的每个用户可以抢购的最大个数，则返回bad request

然后对本次活动 的第二个key 商品的key做incr操作
如果结果大于商品的数量，说明商品被抢光了，直接返回即可

 1 using FlashSale.Extensions;
 2 using FlashSale.Interfaces;
 3 using Microsoft.Extensions.Caching.Distributed;
 4 using StackExchange.Redis;
 5 namespace FlashSale.ImplementServices
 6 {
 7 public class FlashSaleService : IFlashSaleService
 8 {
 9 private readonly IDistributedCache _distributedCache;
10 private readonly IDatabase _redisDatabase;
11
12 public FlashSaleService(IDistributedCache distributedCache,
13 IConnectionMultiplexer connectionMultiplexer)
14 {
15 _distributedCache = distributedCache;
16 _redisDatabase = connectionMultiplexer.GetDatabase(); // 本次设计：缓存和秒杀的业务逻辑用同一个数据库，即第0个redis数据库
17 }
18
19 /// <inheritdoc />
20 public async Task<Models.FlashSale?> GetFlashSaleAsync(string flashSaleId)
21 {
22 // 注意：在生产环境中，会发生缓存失效而需要去读取数据库的情况，此时，会发生大量读的请求的流量
23 // 为了不让这么多读的请求流量打到数据库，我们需要加锁，只有获取到锁的请求，才有资格去数据库读取数据
24 // 读取到数据之后，把数据刷入缓存，那些获取不到锁的用户直接返回当前请求的用户过多，请稍后重试
25 // 数据刷入缓存后，用户会刷新页面，此时从缓存中读取数据即可
26 return await _distributedCache.GetRecordAsync<Models.FlashSale>($"flashSale:{flashSaleId}");
27 }
28
29 /// <inheritdoc />
30 public async Task Execute(string flashSaleId)
31 {
32
33 var flashSale = await _distributedCache.GetRecordAsync<Models.FlashSale>($"flashSale:{flashSaleId}");
34 if (flashSale is null)
35 {
36 return;
37 }
38
39 var dateTimeNow = DateTimeOffset.Now;
40 if ( dateTimeNow < flashSale.StartAt)
41 {
42 Console.WriteLine("活动还没有开始");
43 return;
44 }
45
46 if (dateTimeNow > flashSale.EndAt)
47 {
48 Console.WriteLine("活动已经结束了");
49 return;
50 }
51
52 // 要进入秒杀活动的逻辑环节
53 // 这个key 初始化的时候会设置为0 incr操作是原子性
54 if (await _redisDatabase.StringIncrementAsync($"flashSale:{ flashSaleId }:{ flashSale.ProductId}") > flashSale.ProductCount)
55 {
56 // 没抢到
57 Console.WriteLine("抢光了");
58
59 }
60 else
61 {
62 // 抢到了
63 Console.WriteLine("恭喜您，抢到了");
64 }
65
66 }
67 }
68 }

Apache BenchMark测试

机器配置：4核心 32G内存

分配给Docker的资源是2核心 6G内存

请求数1000和并发数100的测试

上面的数据表现不是很好，于是我换了另一台机器，表现如下：

数据解读（第一台机器）：

从上到下，可以发现有2个Time per request的指标：

第一个Time per request = 第二个Time per request * Concurrency Level, 因此 29.7361ms乘以并发数100等于2973.610ms。

第二个Time per request = Time taken for tests * 1000 / 100,即29.736秒乘以1000除以100等于29.736毫秒。因此Request per second是1000 / 29.736大约等于33.63，即每秒钟处理33.63个请求。

请求数1000和并发数500的测试结果：

请求数100000和并发数10000的测试结果

可以看到每秒钟处理40.34个请求，百分之50的请求的响应时间位于258022ms以内，大约是4.3分钟，响应时间最长的是272570ms，大约4.5分钟。

这里已经测出来机器的最高处理能力了，即每秒处理40.34个请求，想要再提高处理能力，可以往水平扩展方向寻求思路。

整个测试下来，个人觉发现一个问题：就是测试的同时，自己手动（postman或者swagger）调用api，响应的时间是160ms左右，和apache benchmark给出的结果相去甚远，

我认为应该是机器的问题，老机器服役7年了，于是换了一台机器，测试请求数10w，并发数200的情况如下：

换了机器之后，表现就好很多，时间最长的请求耗时4502ms，约等于4.5s，百分之50的请求消耗的时间均在491ms以内。

让我们来看一下redis-benchmark的结果：

处理抢购成功的业务逻辑

接下来 对于抢购到的用户，写一个消息 放到消息队列，然后业务提示用户抢购到了，请到订单中支付

前端可以根据本次活动id 和商品id 查询第二个key，用来作为页面秒杀入口是否置灰色的一个判断依据。 如果key大于本次活动的商品数量，则显示已抢光。

收尾工作：秒杀活动中，商品可能存在剩余，就是用户没有把商品抢光，则需要等到活动结束后，人为手动 点一下 把商品的库存还回去，之后删除第二个key和第三个key 第一个key有过期时间 过期了自动删除

用户抢到商品了，但是没有支付，
1 用户点击取消订单，则第二key decr ，相当于把库存还回去 （这里做不到，因为这个key可能被其他用户incr超过本次活动售卖的数量，所以还回去的话不太现实，这里需要想想其他的办法 看看能不能实现）

2用户在订单超过付款时间也没付款，则用定时任务把库存还回去。还回去有两种，判断活动是否还在进，进行的话 则和1的操作一样，活动过期了，则返回到真实仓库库存 注意：订单需要有最迟付款时间字段（不为空），以及真实付款时间字段（可为空）

后记

如果文中有字词错误，欢迎指出。对于技术实现有不同的看法或者改进，也欢迎指出。共同学习和进步。