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利用Redis和Lua的原子性实现抢红包功能

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其实8月的时候就准备搞这个抢红包业务，代替消费后每天固定红包的业务。但后来公司发展需要，希望固定返利维持现状，红包功能戛然而止。写到简书做个记录。

设计思路：

准备3个队列

第一：生成红包队列hongBaoList，比如100元，分成10个，每个红包在10元上下波动，波动范围在[min, max]，并呈现一个正态分布。这个point不是我在这里分享的关键，大家可以click进这条link：http://www.jb51.net/article/98620.htm，看下生成算法见的一篇文章。

第二：已消费的红包队列hongBaoConsumedList，就是我每消费一个红包，hongBaoList减少一个，hongBaoConsumedList多增加一个，知道hongBaoList消费完。

第三：去重的队列hongBaoConsumedMap，记录已经抢了红包的用户ID，就是防止用户抢多个红包。当然放在hongBaoConsumedList也行，但比较麻烦，索性新起一个map，记录已经抢了红包的用户ID，到时用redis的hexists直接判断用户ID有没有在去重的Map里面。

为什么用redis+lua：

第一：redis缓存的读写快，lua的轻量级开发。

第二：redis具有原子性，也就是单线程，所以操作红包是安全的，但对于一个列表是安全的，对于多个列表，像hongBaoList，hongBaoConsumedList，hongBaoConsumedMap这三个列表进行逻辑操作，就需要lua脚本，lua也有原子性，而且能保证hongBaoList，hongBaoConsumedList，hongBaoConsumedMap这三个列表在同意线程下统一操作。

所以选择redis+lua来解决抢红包高并发的问题。

实现步骤：

1：按照http://www.jb51.net/article/98620.htm ，写一个生成红包的类HongBaoCreateUtil，：

import java.util.Random;public class HongBaoCreateUtil {  
static Random random = new Random();  
static {  
    random.setSeed(System.currentTimeMillis());  
}  
  
public static void main(String[] args) {  
    long max = 3;  
    long min = 1;  

    long[] result = HongBaoCreateUtil.generate(10, 5, max, min);  
    long total = 0;  
    for (int i = 0; i < result.length; i++) {  
         System.out.println("result[" + i + "]:" + result[i]);  
         System.out.println(result[i]);  
        total += result[i];  
    }  
    //检查生成的红包的总额是否正确  
    System.out.println("total:" + total);  

    //统计每个钱数的红包数量，检查是否接近正态分布  
    int count[] = new int[(int) max + 1];  
    for (int i = 0; i < result.length; i++) {  
        count[(int) result[i]] += 1;  
    }  

    for (int i = 0; i < count.length; i++) {  
        System.out.println("" + i + "  " + count[i]);  
    }  
}  
  
/** 
 * 生产min和max之间的随机数，但是概率不是平均的，从min到max方向概率逐渐加大。 
 * 先平方，然后产生一个平方值范围内的随机数，再开方，这样就产生了一种“膨胀”再“收缩”的效果。 
 *  
 * @param min 
 * @param max 
 * @return 
 */  static long xRandom(long min, long max) {  
    return sqrt(nextLong(sqr(max - min)));  
}  

/** 
 *  
 * @param total 
 *            红包总额 
 * @param count 
 *            红包个数 
 * @param max 
 *            每个小红包的最大额 
 * @param min 
 *            每个小红包的最小额 
 * @return 存放生成的每个小红包的值的数组 
 */  public static long[] generate(long total, int count, long max, long min) {  
    long[] result = new long[count];  

    long average = total / count;  

    long a = average - min;  
    long b = max - min;  

    //  
    //这样的随机数的概率实际改变了，产生大数的可能性要比产生小数的概率要小。  
    //这样就实现了大部分红包的值在平均数附近。大红包和小红包比较少。  
    long range1 = sqr(average - min);  
    long range2 = sqr(max - average);  

    for (int i = 0; i < result.length; i++) {  
        //因为小红包的数量通常是要比大红包的数量要多的，因为这里的概率要调换过来。  
        //当随机数>平均值，则产生小红包  
        //当随机数<平均值，则产生大红包  
        if (nextLong(min, max) > average) {  
            // 在平均线上减钱  
            //long temp = min + sqrt(nextLong(range1));  
            long temp = min + xRandom(min, average);  
            result[i] = temp;  
            total -= temp;  
        } else {  
            // 在平均线上加钱  
            //long temp = max - sqrt(nextLong(range2));  
            long temp = max - xRandom(average, max);  
            result[i] = temp;  
            total -= temp;  
        }  
    }  
    // 如果还有余钱，则尝试加到小红包里，如果加不进去，则尝试下一个。  
    while (total > 0) {  
        for (int i = 0; i < result.length; i++) {  
            if (total > 0 && result[i] < max) {  
                result[i]++;  
                total--;  
            }  
        }  
    }  
    // 如果钱是负数了，还得从已生成的小红包中抽取回来  
    while (total < 0) {  
        for (int i = 0; i < result.length; i++) {  
            if (total < 0 && result[i] > min) {  
                result[i]--;  
                total++;  
            }  
        }  
    }  
    return result;  
}  

static long sqrt(long n) {  
    // 改进为查表？  
    return (long) Math.sqrt(n);  
}  

static long sqr(long n) {  
    // 查表快，还是直接算快？  
    return n * n;  
}  
  
static long nextLong(long n) {  
    return random.nextInt((int) n);  
}  

static long nextLong(long min, long max) {  
    return random.nextInt((int) (max - min + 1)) + min;  
}  
}

2.将生成的红包放进redis的hongBaoList

static public void generateTestData() throws InterruptedException {  
    Jedis jedis = new Jedis(host, port); 
    jedis.flushAll();  
    
    int total = 10;//10块红包
    int count  = 5;//分成5份
    long max = 3;  //最大值3块
    long min = 1;  //最小值1块

    long[] result = HongBaoCreateUtil.generate(total, count, max, min);  
    JSONObject object = new JSONObject();  
    for (long l : result) {
        object.put("id", l);  
        object.put("money", l);  
        jedis.lpush(hongBaoList, object.toJSONString());  
    }
    jedis.close();
}

main函数run一下，在RedisDesktopManager下观察：

hongBaoList.png

成功将五个红包塞进redis

3.写线程模拟抢红包：

    static String tryGetHongBaoScript =   
        "if redis.call('hexists', KEYS[3], KEYS[4]) ~= 0 then\n"  
        + "return nil\n"  
        + "else\n"  
        + "local hongBao = redis.call('rpop', KEYS[1]);\n"  
        + "if hongBao then\n"  
        + "local x = cjson.decode(hongBao);\n"  
        + "x['userId'] = KEYS[4];\n"  
        + "local re = cjson.encode(x);\n"  
        + "redis.call('hset', KEYS[3], KEYS[4], KEYS[4]);\n"  
        + "redis.call('lpush', KEYS[2], re);\n"  
        + "return re;\n"  
        + "end\n"  
        + "end\n"  
        + "return nil";  
  static public void testTryGetHongBao() throws InterruptedException {  
    final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);  
    
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    System.err.println("start:" + startTime);  
    
    for(int i = 0; i < threadCount; ++i) {  
        final int temp = i;  
        Thread thread = new Thread() {  
            public void run() {  
                Jedis jedis = new Jedis(host, port);  
                String sha = jedis.scriptLoad(tryGetHongBaoScript);  
                int j = honBaoCount/threadCount * temp;  
                while(true) {  
                    //抢红包方法
                    Object object = jedis.eval(tryGetHongBaoScript, 4, 
                            hongBaoList/*预生成的红包队列*/, 
                            hongBaoConsumedList, /*已经消费的红包队列*/
                            hongBaoConsumedMap, /*去重的map*/
                            "" + j  /*用户id*/
                            );  
                    j++;  
                    if (object != null) {  
                        //do something...
  //                          System.out.println("get hongBao:" + object);  
                    }else {  
                        //已经取完了  
                        if(jedis.llen(hongBaoList) == 0)  
                            break;  
                    }  
                }  
                latch.countDown();  
            }  
        };  
        thread.start();  
    }  
      
    latch.await();  
    long costTime =  System.currentTimeMillis() - startTime;
    
    System.err.println("costTime:" + costTime);  
}

其中tryGetHongBaoScript 是lua脚本：
/**
* -- 函数：尝试获得红包，如果成功，则返回json字符串，如果不成功，则返回空
* -- 参数：红包队列名，已消费的队列名，去重的Map名，用户ID
* -- 返回值：nil 或者 json字符串，包含用户ID：userId，红包ID：id，红包金额：money
*
* -- 如果用户已抢过红包，则返回nil
* if redis.call('hexists', KEYS[3], KEYS[4]) ~= 0 then
* return nil
* else
* -- 先取出一个小红包
* local hongBao = redis.call('rpop', KEYS[1]);
* if hongBao then
* local x = cjson.decode(hongBao);
* -- 加入用户ID信息
* x['userId'] = KEYS[4];
* local re = cjson.encode(x);
* -- 把用户ID放到去重的set里
* redis.call('hset', KEYS[3], KEYS[4], KEYS[4]);
* -- 把红包放到已消费队列里
* redis.call('lpush', KEYS[2], re);
* return re;
* end
* end
* return nil
*/