用 Node.js + Redis 解決高併發秒殺問題

商城在高併發環境下除了要考量到使用者體驗外，還要處理「超賣」的問題；Redis 是一種記憶體資料庫，它有高讀寫效率的特性、能承受高 qps，而這篇文章則是運用它獨特的「鎖」解決超賣問題。

大綱
一、文章目標
二、使用技術
  ➤ Redis
  ➤ Lua
三、程式架構
  ➤ 主程式：redisSecKill.js
  ➤ Lua腳本：secKill.lua
四、執行結果
五、補充

一、文章目標

1. 產生秒殺商品基礎資訊(商品名稱、庫存)
2. 模擬秒殺情境，確認是否會超賣
3. 確認有保存購買人資訊

二、使用技術

Redis

1. 如果完全沒有相關基礎，建議先參考這篇文章來安裝 Redis 以及他的 GUI 工具
2. 本篇文章使用 Redis 的 Hash、List type 來儲存資訊

Lua

1. 為了避免超賣，這裡採用 Lua 腳本
2. 在 Redis Server 執行 EVAL 指令時，在結果回傳前只會執行當下 Lua 腳本的邏輯，其他 Client 端的命令須等待直到 EVAL 執行完為止。

Lua 腳本的邏輯應盡量簡單以保證執行效率，否則會影響 Client 端的體驗

三、程式架構

主程式：redisSecKill.js

1. 先啟用 Redis Client 端（如未安裝相關套件，請在專案資料夾下輸入 yarn add ioredis）
2. 用 prepare 函式，以 Hash type 建立參加秒殺的產品庫存
3. 用 secKill 函式模擬使用者購買行為，緩存並執行 Lua 腳本

const fs = require('fs');
const Redis = require('ioredis');
const redis = new Redis({
    host: '127.0.0.1',
    port: 6379,
    password: ''
});

redis.on("error", function (error) {
    console.error(error);
});

async function prepare (item_name) {
    // 參加秒殺活動的商品庫存
    await redis.hmset(item_name, "Total", 100, "Booked", 0);
}

const secKillScript = fs.readFileSync('./secKill.lua');

async function secKill (item_name, user_name) {
    // 1. 緩存腳本取得 sha1 值
    const sha1 = await redis.script("load", secKillScript);
    // console.log(sha1);

    // 2. 透過 evalsha 執行腳本
    // redis Evalsha 命令基本語法如下
    // EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...] 
    redis.evalsha(sha1, 1, item_name, 1, "order_list", user_name);
}

async function main () {
    console.time('secKill')
    const item_name = "item_name"
    prepare(item_name)
    for (var i = 1; i < 10000; i++) {
        const user_name = "baobao" + i
        secKill(item_name, user_name)
    }
    console.timeEnd('secKill')
}
main()

原始碼：redisSecKill.js（GitHub Gist）

Lua 腳本：secKill.lua

在 Lua 腳本執行「取得商品庫存」➜「如果庫存足夠就-1」➜「儲存購買者資訊(List type)」

local n = tonumber(ARGV[1])
local order_name = ARGV[2]
if not n  or n == 0 then
    return 0       
end                
local vals = redis.call("HMGET", KEYS[1], "Total", "Booked");
local total = tonumber(vals[1])
local blocked = tonumber(vals[2])
if not total or not blocked then
    return 0       
end                
if blocked + n <= total then
    redis.call("HINCRBY", KEYS[1], "Booked", n)
    redis.call("LPUSH", order_name,ARGV[3])                                   
    return n;   
end                
return 0

原始碼：secKill.lua（GitHub Gist）

四、執行結果

SETP 1：在專案資料夾下輸入 node redisSecKill.js 模擬秒殺

SETP 2：待執行完後，用 Redis GUI 程式確認商品沒有超賣

SETP 3：確認訂單都有對應的買家

五、補充

上面程式只是 MVP，現實狀況還有很多要討論的：

1. 哪些商品被列為秒殺，如何紀錄
2. 設定秒殺開始時間、結束時間
3. 存在 Redis 的資料怎麼存入關連式資料庫中

如果你對 Redis 感興趣，筆者這邊也整理了很多相關資源：
1. 一文讓你徹底瞭解 Redis(進階)，史上最全,不看後悔！！！【建議收藏】
2. 【总结】瞬时高并发（秒杀/活动）Redis 方案
3. redis 之 sorted sets 类型及操作
4. node.js 中对 redis 的安装和基本操作
5. Node.js 中实践 Redis Lua 脚本
6. 使用 Redis 搭建电商秒杀系统

筆者也是剛學習 Redis 的新人，如果描述有誤，或是有更好的解決方式，再麻煩大神們不吝賜教，感謝～