并发扣款相关问题

并发扣款相关问题

继续解答星球水友提问。
沈老师,我们有个业务,同一个用户在并发“查询,逻辑计算,扣款”的情况下,余额可能出现不一致,请问有什么优化方法么?

并发扣款,如何保证数据的一致性?

扣款的业务场景是怎样的?

用户购买商品的过程中,要对余额进行查询与修改,大致的业务流程如下:

第一步,从数据库查询用户现有余额:

1
SELECT money FROM t_yue WHERE uid=$uid

不妨设查询出来的$old_money=100元。

第二步,业务层实施业务逻辑计算,比如:
(1)先查询购买商品的价格,例如是80元;
(2)再查询产品是否有活动,以及活动折扣,例如是9折;
(3)比对余额是否足够,足够时才往下走;

1
2
3
4
5
if($old_money> 80\*0.9){    
$new_money=$old_money-80\*0.9=28;
} else {
return "Not enough minerals";
}

第三步,将数据库中的余额进行修改。

1
UPDATE t_yue SET money=new_money WHERE uid=uid;

在并发量低的情况下,这个流程没有任何问题,原有金额100元,购买了80元的九折商品(72元),剩余28元。

同一个用户,并发扣款可能出现什么问题?

在分布式环境中,如果并发量很大,这种“查询+修改”的业务有一定概率出现数据不一致。

极限情况下,可能出现这样的异常流程:

步骤一,业务1和业务2并发查询余额,是100元。

画外音:这些并发查询,是在不同的站点实例/服务实例上完成的,进程内互斥锁肯定解决不了。
步骤二,业务1和业务2并发进行逻辑计算,算出各自业务的余额,假设业务1算出的余额是28元,业务2算出的余额是38元。

步骤三,业务1对数据库中的余额先进行修改,设置成28元。

业务2对数据库中的余额后进行修改,设置成38元。

此时异常出现了,原有金额100元,业务1扣除了72元,业务2扣除了62元,最后剩余38元。
画外音:假设业务1先写回余额,业务2再写回余额。

常见的解决方案?

对于此案例,同一个用户,并发扣款时,有小概率会出现异常,可以对每一个用户进行分布式锁互斥,例如:在redis/zk里抢到一个key才能继续操作,否则禁止操作。

这种悲观锁方案确实可行,但要引入额外的组件(redis/zk),并且会降低吞吐量。

对于小概率的不一致,有没有乐观锁的方案呢?

对并发扣款进行进一步的分析发现:

(1)业务1写回时,旧余额100,这是一个初始状态;新余额28,这是一个结束状态。理论上只有在旧余额为100时,新余额才应该写回成功。

而业务1并发写回时,旧余额确实是100,理应写回成功。

(2)业务2写回时,旧余额100,这是一个初始状态;新余额28,这是一个结束状态。理论上只有在旧余额为100时,新余额才应该写回成功。

可实际上,这个时候数据库中的金额已经变为28了,所以业务2的并发写回,不应该成功。

如何低成本实施乐观锁?

在set写回的时候,加上初始状态的条件compare,只有初始状态不变时,才允许set写回成功,Compare And Set(CAS),是一种常见的降低读写锁冲突,保证数据一致性的方法。

此时业务要怎么改?

使用CAS解决高并发时数据一致性问题,只需要在进行set操作时,compare初始值,如果初始值变换,不允许set成功。

具体到这个case,只需要将:

1
UPDATE t_yue SET money=$new_money WHERE uid=$uid;

升级为:

1
UPDATE t_yue SET money=$new_money WHERE uid=$uid AND money=$old_money

并发操作发生时:

业务1执行:

1
UPDATE t_yue SET money=28 WHERE uid=$uid AND money=100;

业务2执行:

1
UPDATE t_yue SET money=38 WHERE uid=$uid AND money=100;

这两个操作同时进行时,只可能有一个执行成功。

怎么判断哪个并发执行成功,哪个并发执行失败呢?

set操作,其实无所谓成功或者失败,业务能通过affect rows来判断:

  • 写回成功的,affect rows为1
  • 写回失败的,affect rows为0

总结

高并发“查询并修改”的场景,可以用CAS(Compare and Set)的方式解决数据一致性问题。对应到业务,即在set的时候,加上初始条件的比对即可。

优化不难,只改了半行SQL,但确实能解决问题。
但希望大家有收获,思路比结论重要

并发扣款一致性优化,CAS下ABA问题

上文中提到:用CAS乐观锁,可以在尽量不影响吞吐量的情况下,保证数据的一致性。

大家有非常多的留言,大概有这么几类:

(1)是否存在ABA问题?

(2)为什么不能用

1
UPDATE t_yue SET money=money-$diff AND money>=$diff;

(3)能否借助redis事务来扣减余额; 能,上文有讲。

问题比较多,今天先聊第一个问题,ABA。

什么是ABA问题?

CAS乐观锁机制确实能够提升吞吐,并保证一致性,但在极端情况下可能会出现ABA问题。

考虑如下操作:

  • 并发1(上):获取出数据的初始值是A,后续计划实施CAS乐观锁,期望数据仍是A的时候,修改才能成功
  • 并发2:将数据修改成B
  • 并发3:将数据修改回A
  • 并发1(下):CAS乐观锁,检测发现初始值还是A,进行数据修改

上述并发环境下,并发1在修改数据时,虽然还是A,但已经不是初始条件的A了,中间发生了A变B,B又变A的变化,此A已经非彼A,数据却成功修改,可能导致错误,这就是CAS引发的所谓的ABA问题。

余额操作,出现ABA问题并不会对业务产生影响,因为对于“余额”属性来说,前一个A为100余额,与后一个A为100余额,本质是相同的。

但其他场景未必是这样,举一个堆栈操作的例子: A1 B C A1 F

并发1(上):读取栈顶的元素为“A1”

并发2:进行了2次出栈

并发3:又进行了1次出栈

并发1(下):实施CAS乐观锁,发现栈顶还是“A1”,于是修改为A2

此时会出现系统错误,因为此“A1”非彼“A1”

ABA问题可以怎么优化?

ABA问题导致的原因,是CAS过程中只简单进行了“值”的校验,再有些情况下,“值”相同不会引入错误的业务逻辑(例如余额),有些情况下,“值”虽然相同,却已经不是原来的数据了(例如堆栈)。

因此,CAS不能只比对“值”,还必须确保是原来的数据,才能修改成功。

常见的实践是,将“值”比对,升级为“版本号”的比对,一个数据一个版本,版本变化,即使值相同,也不应该修改成功

余额并发读写例子,引入版本号的具体实践如下:

(1)余额表要升级

1
t_yue(uid, money)

升级为:

1
t_yue(uid, money, version)

(2)查询余额时,同时查询版本号

1
SELECT money FROM t_yue WHERE sid=$sid

升级为:

1
SELECT money,version FROM t_yue WHERE sid=$sid

假设有并发操作,都会将版本号查询出来。

(3)设置余额时,必须版本号相同,并且版本号要修改。

旧版本“值”比对:

1
UPDATE t_yue SET money=38 WHERE uid=$uid AND money=100;

升级为“版本号”比对:

1
UPDATE t_yue SET money=38,version=$version_new WHERE uid=$uid AND version=$version_old;

此时假设有并发操作,首先操作的请求会修改版本号,并发操作会执行失败。

画外音:version通用,本例是强行用version举例而已,实际上本例可以用余额“值”比对。

总结

  • select&set业务场景,在并发时会出现一致性问题
  • 基于“值”的CAS乐观锁,可能导致ABA问题
  • CAS乐观锁,必须保证修改时的“此数据”就是“彼数据”,应该由“值”比对,优化为“版本号”比对

并发扣款一致性,幂等性问题

分享了同一个用户并发扣款时,有一定概率出现数据不一致,可以使用CAS乐观锁的方式,在不降低吞吐量,并且只有少量修改的情况下,保证数据的一致性。

文章发布不到24小时,就有近200的评论。

其中,问的比较多的是ABA问题,这个问题已经在《并发扣款一致性优化,CAS下ABA问题,这个话题还没聊完!!!》中扩展。

其次,问的比较多的是作业题,为什么一定要用select&set的方式进行余额写回

1
UPDATE t_yue SET money=$new_money WHERE uid=$uid AND money=$old_money;

为什么不能采用直接扣减的方法:

1
UPDATE t_yue SET money=money-$diff WHERE uid=$uid;

很人说,在并发情况下,会将money扣成负数。

为了保证余额不被扣成负数,再加一个where条件:

1
UPDATE t_yue SET money=money-$diff WHERE uid=$uid* AND money-$diff>0;

这样是否可行?

画外音:额,撇开业务不谈,这个SQL用列做运算,其实是不好的,建议使用:

1
UPDATE t_yue SET money=money-$diff WHERE uid=$uid AND money>$diff;

很遗憾,仍然不行。原因在《并发扣款,如何保证数据的一致性?》一文里点赞最多的评论,不幂等

画外音:说明绝大部分同学,能够回答正确作业。

聊幂等性之前,先看另一个测试用例的case。

假设有一个服务接口,注册新用户

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
bool RegisterUser($uid, $name){
//**查看uid是否已经存在***
​ select uid from t_user where uid=$uid;
//**不是新用户,返回失败***
if(rows>0)return false;
else{
//**把新用户插入用户表***
insert into t_user values($uid, $name);
//**返回成功***
return true;
​ }
}

有一个测试工程师,对该接口写了一个测试用例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
bool TestCase_RegisterUser(){
//**造一些假数据***
long uid=123;
​ String name='shenjian';
//**调用被测试的接口***
​ bool result= RegisterUser(uid,name);
//预期注册成功,**对结果进行断言判断***
​ Assert(result,true);
//**返回测试结果***
return result;
}

这是不是一个好的测试用例?这个用例存在什么问题?

你会发现,相同条件下,这个测试用例执行两次,得到的结果不一样:

(1)第一次执行,第一次造数据,调用接口,注册成功;

(2)第二次执行,又造了一次相同的数据,调用接口,注册会失败;

这不是一个好的测试用例,多次执行结果不同。

什么是幂等性?

相同条件下,执行同一请求,得到的结果相同,才符合幂等性。

画外音:Google一下,比我解释得更好,但意思应该说清楚了。

如何将上面的测试用例改为符合“幂等性”的测试用例呢?

只需要加一行代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
bool TestCase_RegisterUser(){
//造一些假数据*
long uid=123;
​ String name=’shenjian’;
//**先删除这个伪造的用户***
​ DeleteUser(uid);
//调用被测试的接口*
​ bool result= RegisterUser(uid,name);
//预期注册成功,对结果进行断言判断*
​ Assert(result,true);
//返回测试结果*
return result;

}

这样,在相同条件下,不管这个用例执行多少次,得到的测试结果都是相同的。

是不是对幂等性有点感觉了。

读请求,一般是幂等的。

写请求,视情况而定:

  • insert x,一般来说不是幂等的,重复插入得到的结果不一定一样
  • delete x,一般来说是幂等的,删除多次得到的结果仍相同
  • set a=x,是幂等的
  • set a=a-x,不是幂等的

因此,这么扣减余额:

1
UPDATE t_yue SET money=$new_money WHERE uid=$uid AND money=$old_money;

是幂等操作

要是这么扣减余额:

1
UPDATE t_yue SET money=money-$diff WHERE uid=$uid AND money-$diff>0;

不是幂等操作

聊到这里,或许有朋友要抬杠了,测试用例会重复执行,扣款怎么会重复执行呢?

重试。

重试,是异常处理里很常见的手段。

你在写业务的时候有没有写过这样的代码:

1
2
3
4
5
6
result = DoSomething();
if(false==result || TIMEOUT){
//**错误,或者超时,重试一次***
​ result= DoSomething();
}
return result;

当然,又会有朋友抬杠了,我从来不重试!!!

画外音:额,这是合格,还是不合格呢?

你可以决定业务代码怎么写,你不能决定底层框架代码怎么写

(1)站点框架有没有自动重试?

(2)服务框架有没有自动重试?

(3)服务连接池,数据库连接池有没有自动重试?

画外音:

(1)服务化分层的架构中,建议只入口层重试,服务层不要重试,防止雪崩;

(2)dubbo底层,调用超时是默认重试的,这个设计不好;

因此,在有重试的架构体系里,幂等性是需要考虑的一个问题

现在该懂了,为啥扣款和充值业务,一般使用:

  • select&set,配合CAS方案

而不使用:

  • set money-=X方案

画外音:充了100电话费,怎么多了200块?

参考自文章.


评论

Your browser is out-of-date!

Update your browser to view this website correctly. Update my browser now

×