市场库存扣减方案梳理

背景

进行市场的商品售卖，要避免出现超卖的现象。

最近在做一个关于库存服务的设计方案，在网上找了很多资料，都没有一个大而全的设计方案，于是就参考网上现有的电商库存设计，设计出一个自认为非常优秀的关于库存服务扣减的方案，仅供大家参考。 ​

设计流程图

设计思路

为了扛住高并发，我这里在两个地方做了库存扣减，第一个使用redis做预扣库存，第二个是数据库扣除实际库存；

用户提交订单时，做的是reids中库存预扣，只有当实际支付完成后，才会做数据库层的库存扣减。

在用户提交订单时、支付完成时、订单取消或下单失败时、运营更新商品时，都会涉及到库存的操作，所以本文分别就这几种场景，设计出对应的库存扣减逻辑。

用户提交订单时库存预扣

（1）查询redis当前的库存

库存数量大于等于购买数量n，则继续后续操作

如果小于，则库存扣减失败，订单创建失败

（2）调用redis的原子方法(increment)，执行扣减操作stock = increment(skuID,-n );

如果stock>=0,则代表扣减成功，则库存预扣成功，订单创建成功

否则库存扣减失败，订单创建失败，再次调用increment(skuID,+n )，重要的一步是将redis库存回填

用户支付完成时扣除实际库存

为什么要在用户支付完成后才实际的扣减库存呢？而不是下单时直接扣减实际库存呢？

优点：

防止用户支付前取消订单，进行库存回填的时候，还得操作实际库存,增加库存不一致的风险

为了提高并发，因为特别是在并发量比较大的时候，如果在下单时直接操作数据库库存，会导致创建订单花费的时间更长

防止用户恶意下单，不支付，占用库存(主要原因)

缺点：

用户支付时，有可能会出现库存不足，给用户造成不好的购物体验。

订单取消/下单失败，库存回滚

这里其实需要分为不同场景：

订单未支付前：订单取消或下单失败，则只需要回填redis库存

订单已经支付完成：订单取消/下单失败，则需要回填redis和数据库库存，并执行退款。

运营更新商品，操作库存

redis库存增加：使用increment(skuID,+n );原子操作更新库存

数据库库存增加：使用乐观锁进行更新。

每日凌晨定时维护redis与数据库的库存数量

为了防止redis和数据的库存出现不一致的情况，每天都需要进行检查；

库存以数据库中实际库存为主，将数据库中的库存减去未支付订单扣减的库存，更新到 redis 中。

关于订单库存扣减的最佳实践

一： 背景

在电商的业务场景中每个商品都是有库存的，而且可能存在很多限售的运营策略。

我们团队面临社区电商的业务场景更为复杂

。不仅仅是库存限售，存在区域，门店，用户，运营分组，物流等的限售策略。

如何面对日单量千万级别（未来更多），和多个维度的限售策略而不超卖，少卖是一个必须解决的问题。

​下面就是库存扣减的流程图。

冲图种我们可以看出，要保证整个扣减库存不出问题，限购查询和库存的扣减必须是原子性的而且要单线程执行。

现在处理这种场景存在多种方案。但是要保证高性能和高可用，大部分方案并不满足。

二：探索

1. 历史数据库的事务特性和唯一主键的实现原子操作和单线程操作

基于数据库的事务，扣减库存的操作方法同一个事务中进行库存扣减，事务中任何操作失败，执行回滚操作。

从而保证原子性。单纯靠数据库的事务，只能在单体的项目中。如何要分布式的项目中，就无法保证单线程操作了。

那如何在多进程中实现单线程扣减库存呢？我们可以利用数据库的唯一索引。

具体操作步骤：

新建立一张表：

t_lock_tbl，同时将商品ID作为唯一索引。

进行扣减库存之前在表中插入商品ID，然后进行数据库更新。

更新结束后上次刚才插入数据库中的记录，释放锁。

A线程进程扣减库存时候，插入了该商品的id，当B线程扣减该商品的库存的时候，同样也会在数据库中插入该商品ID，A线程没有执行完B线程插入同一个商品ID就会报主键重复的错误，这样就扣减库存失败。

这种方案，功能上是可以实现，但是过分依赖数据库，无法满足性能要求，而且存在很多获取锁失败的情况，用户体验差。

2. 利用分布式锁

Redis 或者 ZooKeeper 来实现一个分布式锁，以商品维度来加锁，在获取到锁的线程中，按顺序去执行商品库存的查询和扣减，这样就同时实现了顺序性和原子性。

​其实这个思路是可以的，只是不管通过哪种方式实现的分布式锁，都是有弊端的。

以 Redis 的实现来说，仅仅在设置锁的有效期问题上，就让人头大。

如果时间太短，那么业务程序还没有执行完，锁就自动释放了，这就失去了锁的作用；而如果时间偏长，一旦在释放锁的过程中出现异常，没能及时地释放，那么所有的业务线程都得阻塞等待直到锁自动失效，这样可能导致CPU飙升，系统吞吐量下降。

这与我们要实现高性能的系统是相悖的。

所以通过分布式锁的方式可以实现，但不建议使用。

3. Redis + lua 脚本

reids，单线程支持顺序操作，而且性能优异，但是不支持事务回滚。

但是通过redis+lua脚本可以实现redis操作的原子性。

这种方案同时满足顺序性和原子性的要求了。

这里能帮我们实现 Redis 执行 Lua 脚本的命令有两个，一个是 EVAL，另一个是 EVALSHA。

原生 EVAL 方法的使用语法如下：

EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]

其中 EVAL 是命令，script 是我们 Lua 脚本的字符串形式，numkeys 是我们要传入的参数数量，key 是我们的入参，可以传入多个，arg 是额外的入参。

但这种方式需要每次都传入 Lua 脚本字符串，不仅浪费网络开销，同时 Redis 需要每次重新编译 Lua 脚本，对于我们追求性能极限的系统来说，不是很完美。

所以这里就要说到另一个命令 EVALSHA 了，原生语法如下：

EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...]

可以看到其语法与 EVAL 类似，不同的是这里传入的不是脚本字符串，而是一个加密串 sha1。这个 sha1 是从哪来的呢？它是通过另一个命令 SCRIPT LOAD 返回的，该命令是预加载脚本用的，语法为：

SCRIPT LOAD script

这样的话，我们通过预加载命令，将 Lua 脚本先存储在 Redis 中，并返回一个 sha1，下次要执行对应脚本时，只需要传入 sha1 即可执行对应的脚本。

这完美地解决了 EVAL 命令存在的弊端，所以我们这里也是基于 EVALSHA 方式来实现的。

既然有了思路，也有了方案，那我们开始用代码实现它吧。首先我们根据以上介绍的库存扣减核心操作，完成核心 Lua 脚本的编写。

其主要实现的功能就是查询库存并判断库存是否充足，如果充足，则做相应的扣减操作，脚本内容如下：

-- 调用Redis的get指令，查询活动库存，其中KEYS[1]为传入的参数1，即库存key
local c_s = redis.call('get', KEYS[1])
-- 判断活动库存是否充足，其中KEYS[2]为传入的参数2，即当前抢购数量
if not c_s or tonumber(c_s) < tonumber(KEYS[2]) then
   return 0
end
-- 如果活动库存充足，则进行扣减操作。其中KEYS[2]为传入的参数2，即当前抢购数量
redis.call('decrby',KEYS[1], KEYS[2])

然后我们将 Lua 脚本转成字符串，并添加脚本预加载机制。

​预加载可以有多种实现方式，一个是外部预加载好，生成了 sha1 然后配置到配置中心，这样 Java 代码从配置中心拉取最新 sha1 即可。

另一种方式是在服务启动时，来完成脚本的预加载，并生成单机全局变量 sha1。

我们这里先采取第二种方式，代码结构如下图所示：

总结

技术的角度分析了库存超卖发生的两个原因。一个是库存扣减涉及到的两个核心操作，查询和扣减不是原子操作；另一个是高并发引起的请求无序。

所以我们的应对方案是利用 Redis 的单线程原理，以及提供的原生 EVALSHA 和 SCRIPT LOAD 命令来实现库存扣减的原子性和顺序性，并且经过实测也确实能达到我们的预期，且性能良好，从而有效地解决了秒杀系统所面临的库存超卖挑战。

以后再遇到类似的问题，你也可以用同样的解决思路来应对。

基于 redis 的秒杀方案

Redis预减库存

主要思路减少对数据库的访问，之前的减库存，直接访问数据库，读取库存，当高并发请求到来的时候，大量的读取数据有可能会导致数据库的崩溃。

思路：

系统初始化的时候，将商品库存加载到Redis 缓存中保存

收到请求的时候,现在Redis中拿到该商品的库存值，进行库存预减，如果减完之后库存不足，直接返回逻辑Exception就不需要访问数据库再去减库存了，如果库存值正确，进行下一步

将请求入队，立即给前端返回一个值，表示正在排队中，然后进行秒杀逻辑，后端队列进行秒杀逻辑，前端轮询后端发来的请求，如果秒杀成功，返回秒杀，成功，不成功就返回失败。

（后端请求 单线程 出队，生成订单，减少库存，走逻辑）前端同时轮询

前端显示

第一步：预减库存

/**
 * 秒杀接口优化之--- 第一步: 系统初始化后就将所有商品库存放入 缓存
 */
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
    List<GoodsVo> goods = goodsService.getGoodsList();
    if (goods == null) {
        return;
    }
    for (GoodsVo goodsVo : goods) {
        redisService.set(GoodsKey.getGoodsStock, "" + goodsVo.getId(), goodsVo.getStockCount());
        isOverMap.put(goodsVo.getId(), false);//先初始化 每个商品都是false 就是还有
    }
}
/**秒杀接口优化之 ----第二步：预减库存 从缓存中减库存
 * 利用 redis 中的方法，减去库存，返回值为 减去1 之后的值
 * */
long stock = redisService.decr(GoodsKey.getGoodsStock, "" + goodsId);
/*这里判断不能小于等于，因为减去之后等于 说明还有是正常范围*/
if (stock < 0) {
    isOverMap.put(goodsId, true);//没有库存就设置 对应id 商品的map 为true
    return Result.error(CodeMsg.MIAO_SHA_NO_STOCK);
}

预减库存：

1.先将所有数据读出来，初始化到缓存中，并以 stock + goodid 的形成存入Redis

2.在秒杀的时候，先进行预减库存检测，从redis中，利用decr 减去对应商品的库存，如果库存小于0，说明此时 库存不足，则不需要访问数据库。直接抛出异常即可。

内存标记：

由于接口优化很多基于Redis的缓存操作，当并发很高的时候，也会给Redis服务器带来很大的负担，如果可以减少对Redis服务器的访问，也可以达到的优化的效果。

于是，可以加一个内存map,标记对应商品的库存量是否还有，在访问Redis之前，在map中拿到对应商品的库存量标记，就可以不需要访问Redis 就可以判断没有库存了。

1.生成一个map，并在初始化的时候，将所有商品的id为键，标记false 存入map中。

private Map<Long, Boolean> isOverMap = new HashMap<Long, Boolean>();
 
/**
 * 秒杀接口优化之--- 第一步: 系统初始化后就将所有商品库存放入 缓存
 */
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
    List<GoodsVo> goods = goodsService.getGoodsList();
    if (goods == null) {
        return;
    }
    for (GoodsVo goodsVo : goods) {
        redisService.set(GoodsKey.getGoodsStock, "" + goodsVo.getId(), goodsVo.getStockCount());
        isOverMap.put(goodsVo.getId(), false);//先初始化 每个商品都是false 就是还有
    }
}
    /**再优化：优化 库存之后的请求不访问redis 通过判断 对应 map 的值
     * */
    boolean isOver = isOverMap.get(goodsId);
    if (isOver) {
        return Result.error(CodeMsg.MIAO_SHA_NO_STOCK);
    }
 
 
    if (stock < 0) {
        isOverMap.put(goodsId, true);//没有库存就设置 对应id 商品的map 为true

2.在预减库存之前，从map中取标记，若标记为false，说明库存

3.预减库存，当遇到库存不足的时候，将该商品的标记置为true，表示该商品的库存不足。这样，下面的所有请求，将被拦截，无需访问redis进行预减库存。

参考资料

https://blog.csdn.net/weixin_34311210/article/details/119011222

关于订单库存扣减的最佳实践

秒杀场景：如何通过 Redis 减库存

• 背景
• 设计流程图
• 设计思路
• 用户提交订单时库存预扣
• 用户支付完成时扣除实际库存
  • 优点：
  • 缺点：
• 订单取消/下单失败，库存回滚
• 运营更新商品，操作库存
• 每日凌晨定时维护redis与数据库的库存数量
• 关于订单库存扣减的最佳实践
  • 一： 背景
  • 二：探索
    • 1. 历史数据库的事务特性和唯一主键的实现原子操作和单线程操作
    • 2. 利用分布式锁
    • 3. Redis + lua 脚本
  • 总结
• 基于 redis 的秒杀方案
  • Redis预减库存
  • 第一步：预减库存
  • 内存标记：
• 参考资料