秒杀微服务实现抢购代金券功能

需求分析

现在日常购物或者餐饮消费，商家经常会有推出代金券功能，有些时候代金券的数量不多是需要抢购的，那么怎么设计可以保证代金券的消耗量和秒杀到的用户保持一致呢？怎么设计可以保证一个用户只能秒杀到一张代金券呢？

秒杀场景的解决方案

秒杀场景有以下几个特点：

• 大量用户同时进行抢购操作，系统流量激增，服务器瞬时压力很大；
• 请求数量远大于商品库存量，只有少数客户可以成功抢购；
• 业务流程不复杂，核心功能是下订单。

秒杀场景的应对，一般要从以下几个方面进行处理，如下：

1. 限流：从客户端层面考虑，限制单个客户抢购频率；服务端层面，加强校验，识别请求是否来源于真实的客户端，并限制请求频率，防止恶意刷单；应用层面，可以使用漏桶算法或令牌桶算法实现应用级限流。
2. 缓存：热点数据都从缓存获得，尽可能减小数据库的访问压力；
3. 异步：客户抢购成功后立即返回响应，之后通过消息队列，异步处理后续步骤，如发短信、更新数据库等，从而缓解服务器峰值压力。
4. 分流：单台服务器肯定无法应对抢购期间大量请求造成的压力，需要集群部署服务器，通过负载均衡共同处理客户端请求，分散压力。

数据库表设计

本文以抢购代金券为例，来进行数据库表的设计。

代金券表

CREATE TABLE `t_voucher`  (
  `id` int(10) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `title` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '代金券标题',
  `thumbnail` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '缩略图',
  `amount` int(11) NULL DEFAULT NULL COMMENT '抵扣金额',
  `price` decimal(10, 2) NULL DEFAULT NULL COMMENT '售价',
  `status` int(10) NULL DEFAULT NULL COMMENT '-1=过期 0=下架 1=上架',
  `expire_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL COMMENT '过期时间',
  `redeem_restaurant_id` int(10) NULL DEFAULT NULL COMMENT '验证餐厅',
  `stock` int(11) NULL DEFAULT 0 COMMENT '库存',
  `stock_left` int(11) NULL DEFAULT 0 COMMENT '剩余数量',
  `description` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '描述信息',
  `clause` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '使用条款',
  `create_date` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_date` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `is_valid` tinyint(1) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = DYNAMIC;
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抢购活动表

CREATE TABLE `t_seckill_vouchers`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `fk_voucher_id` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `amount` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `start_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `end_time` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `is_valid` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `create_date` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_date` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = DYNAMIC;
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订单表

CREATE TABLE `t_voucher_order`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `order_no` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `fk_voucher_id` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `fk_diner_id` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  `qrcode` varchar(255) CHARACTER SET utf8 COLLATE utf8_general_ci NULL DEFAULT NULL COMMENT '图片地址',
  `payment` tinyint(4) NULL DEFAULT NULL COMMENT '0=微信支付 1=支付宝支付',
  `status` tinyint(1) NULL DEFAULT NULL COMMENT '订单状态：-1=已取消 0=未支付 1=已支付 2=已消费 3=已过期',
  `fk_seckill_id` int(11) NULL DEFAULT NULL COMMENT '如果是抢购订单时，抢购订单的id',
  `order_type` int(11) NULL DEFAULT NULL COMMENT '订单类型：0=正常订单 1=抢购订单',
  `create_date` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `update_date` datetime(0) NULL DEFAULT NULL,
  `is_valid` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = DYNAMIC;
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创建秒杀服务

pom依赖

引入相关依赖如下：

    <dependencies>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-clientartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.mybatis.spring.bootgroupId>
            <artifactId>mybatis-spring-boot-starterartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>mysqlgroupId>
            <artifactId>mysql-connector-javaartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-data-redisartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>com.zjqgroupId>
            <artifactId>commonsartifactId>
            <version>1.0-SNAPSHOTversion>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.redissongroupId>
            <artifactId>redisson-spring-boot-starterartifactId>
            <version>3.13.6version>
        dependency>
    dependencies>
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配置文件

server:
  port: 7003 # 端口

spring:
  application:
    name: ms-seckill # 应用名
  # 数据库
  datasource:
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    username: root
    password: root
    url: jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/seckill?serverTimezone=Asia/Shanghai&characterEncoding=utf8&useUnicode=true&useSSL=false
  # Redis
  redis:
    port: 6379
    host: localhost
    timeout: 3000
    password: 123456
  # Swagger
  swagger:
    base-package: com.zjq.seckill
    title: 秒杀微服务API接口文档

# 配置 Eureka Server 注册中心
eureka:
  instance:
    prefer-ip-address: true
    instance-id: ${spring.cloud.client.ip-address}:${server.port}
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8080/eureka/

mybatis:
  configuration:
    map-underscore-to-camel-case: true # 开启驼峰映射

service:
  name:
    ms-oauth-server: http://ms-oauth2-server/

logging:
  pattern:
    console: '%d{HH:mm:ss} [%thread] %-5level %logger{50} - %msg%n'
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关系型数据库实现代金券秒杀

相关实体引入

抢购代金券活动信息

代金券订单信息

Rest配置类

/**
 * RestTemplate 配置类
 * @author zjq
 */
@Configuration
public class RestTemplateConfiguration {

    @LoadBalanced
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate() {
        RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();
        MappingJackson2HttpMessageConverter converter = new MappingJackson2HttpMessageConverter();
        converter.setSupportedMediaTypes(Collections.singletonList(MediaType.TEXT_PLAIN));
        restTemplate.getMessageConverters().add(converter);
        return restTemplate;
    }
    
}
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全局异常处理

/**
 * 
 * 全局异常处理类
 * @author zjq
 */
// 将输出的内容写入 ResponseBody 中
@RestControllerAdvice 
@Slf4j
public class GlobalExceptionHandler {

    @Resource
    private HttpServletRequest request;

    @ExceptionHandler(ParameterException.class)
    public ResultInfo<Map<String, String>> handlerParameterException(ParameterException ex) {
        String path = request.getRequestURI();
        ResultInfo<Map<String, String>> resultInfo =
                ResultInfoUtil.buildError(ex.getErrorCode(), ex.getMessage(), path);
        return resultInfo;
    }

    @ExceptionHandler(Exception.class)
    public ResultInfo<Map<String, String>> handlerException(Exception ex) {
        log.info("未知异常：{}", ex);
        String path = request.getRequestURI();
        ResultInfo<Map<String, String>> resultInfo =
                ResultInfoUtil.buildError(path);
        return resultInfo;
    }

}
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添加代金券秒杀活动

代金券活动实体

上述已引入实体。

代金券活动Mapper->SeckillVouchersMapper

/**
 * 秒杀代金券 Mapper
 * @author zjq
 */
public interface SeckillVouchersMapper {

    /**
     * 新增秒杀活动
     * @param seckillVouchers 代金券实体
     * @return
     */
    @Insert("insert into t_seckill_vouchers (fk_voucher_id, amount, start_time, end_time, is_valid, create_date, update_date) " +
            " values (#{fkVoucherId}, #{amount}, #{startTime}, #{endTime}, 1, now(), now())")
    @Options(useGeneratedKeys = true, keyProperty = "id")
    int save(SeckillVouchers seckillVouchers);

    /**
     * 根据代金券 ID 查询该代金券是否参与抢购活动
     * @param voucherId 代金券id
     * @return
     */
    @Select("select id, fk_voucher_id, amount, start_time, end_time, is_valid " +
            " from t_seckill_vouchers where fk_voucher_id = #{voucherId}")
    SeckillVouchers selectVoucher(Integer voucherId);

}
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代金券活动Service->SeckillService

/**
 * 秒杀业务逻辑层
 * @author zjq
 */
@Service
public class SeckillService {

    @Resource
    private SeckillVouchersMapper seckillVouchersMapper;

    /**
     * 添加需要抢购的代金券
     *
     * @param seckillVouchers
     */
    @Transactional(rollbackFor = Exception.class)
    public void addSeckillVouchers(SeckillVouchers seckillVouchers) {
        // 非空校验
        AssertUtil.isTrue(seckillVouchers.getFkVoucherId() == null, "请选择需要抢购的代金券");
        AssertUtil.isTrue(seckillVouchers.getAmount() == 0, "请输入抢购总数量");
        Date now = new Date();
        AssertUtil.isNotNull(seckillVouchers.getStartTime(), "请输入开始时间");
        // 生产环境下面一行代码需放行，这里注释方便测试
        // AssertUtil.isTrue(now.after(seckillVouchers.getStartTime()), "开始时间不能早于当前时间");
        AssertUtil.isNotNull(seckillVouchers.getEndTime(), "请输入结束时间");
        AssertUtil.isTrue(now.after(seckillVouchers.getEndTime()), "结束时间不能早于当前时间");
        AssertUtil.isTrue(seckillVouchers.getStartTime().after(seckillVouchers.getEndTime()), "开始时间不能晚于结束时间");

        // 验证数据库中是否已经存在该券的秒杀活动
         SeckillVouchers seckillVouchersFromDb = seckillVouchersMapper.selectVoucher(seckillVouchers.getFkVoucherId());
         AssertUtil.isTrue(seckillVouchersFromDb != null, "该券已经拥有了抢购活动");
//         插入数据库
         seckillVouchersMapper.save(seckillVouchers);
    }

}
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验证数据库表 t_seckill_vouchers 中是否已经存在该券的秒杀活动：

• 如果存在则抛出异常；
• 如果不存在则将添加一个代金券抢购活动到 t_seckill_vouchers 表中；

代金券活动Controller->SeckillController

在网关微服务中配置秒杀服务路由和白名单方向

spring:
  application:
    name: ms-gateway
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true # 开启配置注册中心进行路由功能
          lower-case-service-id: true # 将服务名称转小写
      routes:
        - id: ms-seckill
          uri: lb://ms-seckill
          predicates:
            - Path=/seckill/**
          filters:
            - StripPrefix=1
            
secure:
  ignore:
    urls: # 配置白名单路径
      # 内部配置所以放行
      - /seckill/add
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接口测试

对抢购的代金券下单

SeckillController

    /**
     * 秒杀下单
     *
     * @param voucherId 代金券id
     * @param access_token 请求token
     * @return
     */
    @PostMapping("{voucherId}")
    public ResultInfo<String> doSeckill(@PathVariable Integer voucherId, String access_token) {
        ResultInfo resultInfo = seckillService.doSeckill(voucherId, access_token, request.getServletPath());
        return resultInfo;
    }
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SeckillService

    /**
     * 抢购代金券
     *
     * @param voucherId   代金券 ID
     * @param accessToken 登录token
     * @Para path 访问路径
     */
    public ResultInfo doSeckill(Integer voucherId, String accessToken, String path) {
        // 基本参数校验
        AssertUtil.isTrue(voucherId == null || voucherId < 0, "请选择需要抢购的代金券");
        AssertUtil.isNotEmpty(accessToken, "请登录");
        // 判断此代金券是否加入抢购
        SeckillVouchers seckillVouchers = seckillVouchersMapper.selectVoucher(voucherId);
        AssertUtil.isTrue(seckillVouchers == null, "该代金券并未有抢购活动");
        // 判断是否有效
        AssertUtil.isTrue(seckillVouchers.getIsValid() == 0, "该活动已结束");
        // 判断是否开始、结束
        Date now = new Date();
        AssertUtil.isTrue(now.before(seckillVouchers.getStartTime()), "该抢购还未开始");
        AssertUtil.isTrue(now.after(seckillVouchers.getEndTime()), "该抢购已结束");
        // 判断是否卖完
        AssertUtil.isTrue(seckillVouchers.getAmount() < 1, "该券已经卖完了");
        // 获取登录用户信息
        String url = oauthServerName + "user/me?access_token={accessToken}";
        ResultInfo resultInfo = restTemplate.getForObject(url, ResultInfo.class, accessToken);
        if (resultInfo.getCode() != ApiConstant.SUCCESS_CODE) {
            resultInfo.setPath(path);
            return resultInfo;
        }
        // 这里的data是一个LinkedHashMap，SignInDinerInfo
        SignInDinerInfo dinerInfo = BeanUtil.fillBeanWithMap((LinkedHashMap) resultInfo.getData(),
                new SignInDinerInfo(), false);
        // 判断登录用户是否已抢到(一个用户针对这次活动只能买一次)
        VoucherOrders order = voucherOrdersMapper.findDinerOrder(dinerInfo.getId(),
                seckillVouchers.getId());
        AssertUtil.isTrue(order != null, "该用户已抢到该代金券，无需再抢");
        // 扣库存
        int count = seckillVouchersMapper.stockDecrease(seckillVouchers.getId());
        AssertUtil.isTrue(count == 0, "该券已经卖完了");
        // 下单
        VoucherOrders voucherOrders = new VoucherOrders();
        voucherOrders.setFkDinerId(dinerInfo.getId());
        voucherOrders.setFkSeckillId(seckillVouchers.getId());
        voucherOrders.setFkVoucherId(seckillVouchers.getFkVoucherId());
        String orderNo = IdUtil.getSnowflake(1, 1).nextIdStr();
        voucherOrders.setOrderNo(orderNo);
        voucherOrders.setOrderType(1);
        voucherOrders.setStatus(0);
        count = voucherOrdersMapper.save(voucherOrders);
        AssertUtil.isTrue(count == 0, "用户抢购失败");

        return ResultInfoUtil.buildSuccess(path, "抢购成功");
    }
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代金券订单 VoucherOrdersMapper

/**
 * 代金券订单 Mapper
 * @author zjq
 */
public interface VoucherOrdersMapper {

    /**
     * 根据用户 ID 和秒杀 ID 查询代金券订单
     * @param userId
     * @param voucherId
     * @return
     */
    @Select("select id, order_no, fk_voucher_id, fk_diner_id, qrcode, payment," +
            " status, fk_seckill_id, order_type, create_date, update_date, " +
            " is_valid from t_voucher_orders where fk_diner_id = #{userId} " +
            " and fk_voucher_id = #{voucherId} and is_valid = 1 and status between 0 and 1 ")
    VoucherOrders findDinerOrder(@Param("userId") Integer userId,
                                 @Param("voucherId") Integer voucherId);

    /**
     * 新增代金券订单
     * @param voucherOrders 代金券实体
     * @return
     */
    @Insert("insert into t_voucher_orders (order_no, fk_voucher_id, fk_diner_id, " +
            " status, fk_seckill_id, order_type, create_date, update_date,  is_valid)" +
            " values (#{orderNo}, #{fkVoucherId}, #{fkDinerId}, #{status}, #{fkSeckillId}, " +
            " #{orderType}, now(), now(), 1)")
    int save(VoucherOrders voucherOrders);

}
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秒杀代金券活动 SeckillVouchersMapper

    /**
     * 减库存
     * @param seckillId 秒杀id
     * @return
     */
    @Update("update t_seckill_vouchers set amount = amount - 1 " +
            " where id = #{seckillId}")
    int stockDecrease(@Param("seckillId") int seckillId);
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测试验证

压力测试

下载安装JMeter

JMeter安装和使用可以参考我这篇文章：压力测试工具-JMeter安装和使用

初始化2000个用户数据

数据库新增2000个用户数据，账号为test0到test1999,密码统一设置为123456。

认证微服务生产2000个token

初始化2000个token信息，存储在token.txt文件中。
代码如下：

    @Test
    public void writeToken() throws Exception {
        String authorization = Base64Utils.encodeToString("appId:123456".getBytes());
        StringBuffer tokens = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 2000; i++) {
            MvcResult mvcResult = super.mockMvc.perform(MockMvcRequestBuilders.post("/oauth/token")
                    .header("Authorization", "Basic " + authorization)
                    .contentType(MediaType.APPLICATION_FORM_URLENCODED)
                    .param("username", "test" + i)
                    .param("password", "123456")
                    .param("grant_type", "password")
                    .param("scope", "api")
            )
                    .andExpect(status().isOk())
                    // .andDo(print())
                    .andReturn();
            String contentAsString = mvcResult.getResponse().getContentAsString();
            ResultInfo resultInfo = (ResultInfo) JSONUtil.toBean(contentAsString, ResultInfo.class);
            JSONObject result = (JSONObject) resultInfo.getData();
            String token = result.getStr("accessToken");
            tokens.append(token).append("\r\n");
        }

        Files.write(Paths.get("tokens.txt"), tokens.toString().getBytes());
    }
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测试多人抢购代金券

添加一个代金券抢购活动信息：

通过jmeter添加用户测试计划，3000个线程同时发起两千个用户执行测试：


测试后结果如下：

可以看到有些请求是失败的，因为没有做优化，抗不了这么大的并发。然后查看数据库情况发现库存已经超卖，100个库存，卖了230单，库存成了负数😰😰😰。

测试同一用户抢购多次代金券

重置数据库数据后，测试同一个用户，1000个线程发起并发请求。


查看数据库发现这一个用户就下了10单。。。

很明显出现了超卖和同一个用户可以多次抢购同一代金券的问题，再后续博客中我会提供基于Redis来解决超卖和同一用户多次抢购的问题。

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