面试题：Redis分布式锁在复杂电商库存业务逻辑中的应用与设计

Question

电商库存管理除了简单的扣减操作，还涉及库存预警、库存回滚（如订单支付超时）等复杂业务逻辑。请设计一套基于Redis分布式锁的完整库存管理方案，确保在各种复杂业务场景下数据的准确性和一致性，同时说明如何处理分布式环境下可能出现的锁竞争、死锁等问题。

Answer 1

基于Redis分布式锁的库存管理方案

1. 库存扣减

1. 加锁：使用Redis的SETNX（SET if Not eXists）命令获取分布式锁。例如，使用SETNX lock_key value，其中lock_key是锁的唯一标识，value可以是一个唯一的标识符（如UUID），用于后续解锁操作。
2. 检查库存：在获取锁成功后，从Redis中获取当前库存数量，例如使用GET stock_key。
3. 扣减库存：如果库存数量足够，进行库存扣减操作，如DECRBY stock_key amount，amount为需要扣减的数量。
4. 解锁：操作完成后，使用Lua脚本来确保解锁的原子性。例如：

if redis.call("GET", KEYS[1]) == ARGV[1] then
    return redis.call("DEL", KEYS[1])
else
    return 0
end

通过EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...]执行该Lua脚本，KEYS[1]为锁的键，ARGV[1]为加锁时设置的唯一标识符。

2. 库存预警

1. 定期检查：可以使用定时任务（如Spring Task、Quartz等）定期从Redis获取库存数量，例如GET stock_key。
2. 触发预警：当库存数量低于设定的预警阈值时，触发预警机制，如发送邮件、短信通知相关人员。

3. 库存回滚（订单支付超时）

1. 监听支付状态：通过消息队列（如RabbitMQ、Kafka等）监听订单支付状态。
2. 支付超时处理：当检测到订单支付超时，获取对应的分布式锁（同库存扣减的加锁方式）。
3. 库存回滚：获取锁成功后，从Redis获取当前库存数量并加上需要回滚的数量，如INCRBY stock_key amount。
4. 解锁：使用上述相同的Lua脚本解锁。

处理分布式环境下的问题

1. 锁竞争

1. 优化加锁逻辑：尽量缩短持有锁的时间，将不必要的操作放在锁外执行。
2. 重试机制：当获取锁失败时，设置合理的重试次数和重试间隔，例如使用指数退避算法。以下是Java示例代码：

public boolean tryLock(String lockKey, String value, int retryCount, int baseSleepTime) {
    while (retryCount > 0) {
        if (stringRedisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(lockKey, value)) {
            return true;
        }
        try {
            Thread.sleep(baseSleepTime * (1 << (retryCount - 1)));
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        retryCount--;
    }
    return false;
}

2. 死锁

1. 设置锁的过期时间：在加锁时，给锁设置一个合理的过期时间，如SET lock_key value EX expiration_time，expiration_time为过期时间（单位秒）。这样即使在业务逻辑执行过程中出现异常导致未解锁，锁也会自动过期释放。
2. 监控与报警：可以通过Redis的INFO命令监控锁的使用情况，当发现某个锁长时间未释放时，触发报警通知相关人员排查问题。