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「微信抢红包」Redis乐观锁解决高并发抢红包的问题

乐观锁是一种不会阻塞其他线程并发的机制,它不会使用数据库的锁进行实现,它的设计里面由于不阻塞其他线程,所以并不会引发线程频繁挂起和恢复,这样便能够提高并发能力,所以也有人把它称为非阻塞锁,那么它的机制是怎么样的呢?

乐观锁使用的是 CAS 原理,所以我们先来讨论 CAS 原理的内容。 CAS 原理概述 在 CAS 原理中,对于多个线程共同的资源,先保存一个旧值(Old Value),比如进入线程后,查询当前存量为 100 个红包,那么先把旧值保存为 100,然后经过一定的逻辑处理。

当需要扣减红包的时候,先比较数据库当前的值和旧值是否一致,如果一致则进行扣减红包的操作,否则就认为它已经被其他线程修改过了,不再进行操作,CAS 原理流程如图 1 所示。

CAS原理


图 1  CAS原理


CAS 原理并不排斥并发,也不独占资源,只是在线程开始阶段就读入线程共享数据,保存为旧值。当处理完逻辑,需要更新数据的时候,会进行一次比较,即比较各个线程当前共享的数据是否和旧值保持一致。

如果一致,就开始更新数据;如果不一致,则认为该数据已经被其他线程修改了,那么就不再更新数据,可以考虑重试或者放弃。有时候可以重试,这样就是一个可重入锁,但是 CAS 原理会有一个问题,那就是 ABA 问题,下面先来讨论一下 ABA 问题。
ABA 问题 对于乐观锁而言,我们之前讨论了存在 ABA 的问题,那么什么是 ABA 问题呢?下面看看表 1 的两个线程发生的场景。

表 1 ABA问题 时 刻 线程1 线程2 备 注
T0   ——   ——   初始化 X=A  
T1   读入X=A   ——   ——  
T2   ——   读入X=A   ——  
T3   处理线程 1 的业务逻辑   X=B   修改共享变量为 B  
T4   处理线程 2 业务逻辑第一段   此时线程1在 X=B 的情况下运行逻辑  
T5   X=A   还原变量为 A  
T6   因为判断 X=A,所以更新数据   处理线程 2 业务逻辑第二段   此时线程 1 无法知道线程 2 是否修改过 X,引发业务逻辑错误  
T7   ——   更新数据   ——  

在 T3 时刻,由于线程 2 修改了 X=B,此时线程 1 的业务逻辑依旧执行,但是到了 T5 时刻,线程 2 又把 X 还原为 A,那么到了 T6 时刻,使用 CAS 原理的旧值判断,线程 1 就会认为 X 值没有被修改过,于是执行了更新。

我们难以判定的是在 T4 时刻,线程 1 在 X=B 的时候,对于线程 1 的业务逻辑是否正确的问题。由于 X 在线程 2 中的值改变的过程为 A->B->A,才引发这样的问题,因此人们形象地把这类问题称为 ABA 问题。

ABA 问题的发生,是因为业务逻辑存在回退的可能性。如果加入一个非业务逻辑的属性,比如在一个数据中加入版本号(version),对于版本号有一个约定,就是只要修改 X 变量的数据,强制版本号(version)只能递增,而不会回退,即使是其他业务数据回退,它也会递增,那么 ABA 问题就解决了,如表 2 所示。

表 2 用版本号消除 ABA 问题 时刻 线程1 线程2 备 注
T0   ——   ——   初始化 X=A,version=0  
T1   读入X=A   ——   线程1旧值:version=0  
T2   ——   读入X=A   线程2旧值:version=0  
T3   处理线程1的业务逻辑   X=B   修改共享变量为 B,version=1  
T4   处理线程 2 业务逻辑第一段   ——  
T5   ——   X=A   还原变量为A,version=2  
T6   判断 version == 0,由于线程 2 两次更新数据,导致数据 version=2,所以不再更新数据    处理线程 2 业务逻辑第二段   此时线程 1 知道旧值 version 和当前 version 不一致,将不更新数据  
T7   ——   更新数据   ——  

只是这个 version 变量并不存在什么业务逻辑,只是为了记录更新次数,只能递增,帮助我们克服 ABA 问题罢了,有了这些理论,我们就可以开始使用乐观锁来完成抢红包业务了。
乐观锁实现抢红包业务 通过上述的讨论,我们清楚了 CAS 原理如何避免数据的不一致,如何规避 CAS 原理产生的 ABA 问题,在高并发的应用中使用 CAS 原理,我们称之为乐观锁。

为了顺利使用乐观锁,需要先在红包表(T_RED_PACKET)加入一个新的列版本号(version),这个字段在建表的时候已经建了,只是我们还没有使用,那么在 UserRedPacket.xml 的代码中加入新的方法,代码如下所示。
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