电商技术 -- 库存设计指北

前言

最近在解决一套老电商系统的库存"超卖"问题。一直以为超卖问题，最难解决的是库存扣减，实则不然，我们的系统在解决了库存扣减问题之后，还会一直有“超卖”现象？这一切的背后到底是道德的沦丧，还是人性的扭曲，欢迎收看本期走近科学

本文带你解决以下电商场景问题

1. 保证库存线程安全的扣减
2. 防止库存的多次扣减、回滚
3. 超时未支付被取消的订单（取消会回滚库存）， 如果收到了支付回调怎么办

如何线程安全的扣减库存

先来说说库存扣减的问题，这是我们原来老系统的逻辑，注意！这里是错误的示例

// 以下是伪代码，错误的示例
// 查询出Goods对象
$goods = selectGoodsById($id);
if ($goods->num - $order_num > 0) {
    // 计算出扣减后的库存
    $goods->num = $goods->num - $order_num;
    // 保存
    save($goods);
}

上述代码犯了大忌，并发情况会导致多个线程读到相同的库存数，然后扣减，然后保存到DB，下面我们来说下正确的姿势

正确的做法

利用MySQL update 会持有当前记录锁的特点，保证线程安全的扣减

SQL 示例：

update kucun set num = num - ? where id = ? and num - ? >= 0

我们的这条记录根据主键更新，当事务A update 这条记录时，会持有当前记录的锁，当事务A未提交时，其他想要更新这条记录的事务只能等待锁释放

关于MySQL update 锁的细节，本文不讨论，可以参考MySQL文档

https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-locks-set.html
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-transaction-isolation-levels.html
https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-locking.html

虽然MySQL可以保证数据的准确性，但是大并发量场景下，大量的锁竞争，导致库存的扣减可能成为系统性能的瓶颈

使用 Redis 库存扣减

使用Redis的优势很多，单线程的文件事件处理器保证了并发下可以线程的安全扣减、回滚库存， 以及Redis高性能。

虽然Redis解决了线程安全和性能的问题，但是Redis并不能做到像MySQL那样一条SQL命令完成库存扣减，我们需要先读出已有库存，再和当前下单库存做一个判断是否可以库存扣减。所以最佳的实现方案是通过Redis 执行lua脚本，保证整个逻辑处理期间，不会有其他客户端插进来

    /**
     *
     * 扣减库存Lua脚本
     * 库存（stock）-1：表示不限库存
     * 库存（stock）0：表示没有库存
     * 库存（stock）大于0：表示剩余库存
     *
     * @params 库存key
     * @return
     *      -3:库存未初始化
     *      -2:库存不足
     *      -1:不限库存
     *      大于等于0:剩余库存（扣减之后剩余的库存）
     */
    const SUB_STOCK_LUA = "
        if (redis.call('exists', KEYS[1]) == 1) then
            local stock = tonumber(redis.call('get', KEYS[1]));
            local num = tonumber(ARGV[1]);   
            if (stock == -1) then
                return -1;
            end;
            
            if (stock >= num) then
                return redis.call('incrby', KEYS[1], 0 - num);
            end;
            
            return -2;
        end;
        
        return -3;
    ";

注意：
当对一个订单中的 good_list 扣减库存的时候，需要注意，当某一个商品库存扣减失败时，之前的扣减的商品库存需要回滚。这会涉及到对redis的多次操作，你可以把整体逻辑写到一个lua脚本中

使用Redis 做库存扣减会有一个问题（伪代码如下），Redis数据和MySQL数据并不能保证强一致性，因为Redis的数据相当于直接写进去了，如果在需要回滚的时候，Redis不可用了导致数据无法回滚，最终会造成MySQL没有写入订单数据，Redis却扣减了库存

try {
    $db->beginTransaction();
    
    $db->saveOrder();
    $redis->reduceStock();

    $db->commit();
        
} catch (Exception $e) {
    $db->rollback();
    $redis->rollbackStock();
}

这种情况并没有什么好的解决办法，这是一个几率非常小的故障，首先我们肯定要尽可能的保证Redis的高可用性，其次在发生这种情况后，我们要想办法恢复Redis中的数据，例如我们可以在整个逻辑之后，选择异步的方式（例如MQ）向MySQL中同步库存，当发生故障后，以MySQL数据为准恢复数据

所以Redis是一把双刃剑，提升性能的同时，也带来了问题

AliSQL

这是后来我在网上看到的方案，AliSQL 是阿里自研 MySQL 分支，AliSQL 针对并发修改同一记录的情况，使用数据库层面的缓冲队列，避免大量争锁的代价。感兴趣的同学可以试下（阿里云MySQL 8.0 集成了这一功能），如果AliSQL解决了性能问题的话，那么这个方案相比Redis要更好

关于库存多次扣减的问题

当订单的提交和库存的扣减同步进行的时候，不需要考虑这个问题。

举例：订单系统生成订单之后，通过MQ通知库存系统，库存系统异步扣减库存，这个时候库存系统可能会多次消费，这个时候就需要考虑这个问题了。

或者我们上面说的通过MQ同步MySQL库存也需要考虑可能发生多次扣减

解决方案如图，通过订单做为唯一索引保证流水记录的唯一性，从而保证只能有一次成功的扣减

库存回滚问题

多数博客对于超卖的讲解只在于库存的扣减，但是库存扣减安全了，真的就可以保证不超卖吗？我们的系统在解决了库存扣减问题后，还是出现成交订单 > 库存的问题，为此我也是绞尽脑汁，抓破了头

在对下单进行压力测试之后，我坚信下单不会出现超卖的问题，后来我怀疑问题出在了库存回滚，如果一个订单回滚了两次库存（取消超时未支付订单的线程和用户线程同时取消一个订单），同样也会出现超卖的现象。

解决方法：
和防止多次扣减一样，采用写入订单回滚流水的方式，个人认为这种方法比较加锁要好，数据有迹可循

超时未支付被取消的订单收到了支付回调

在解决了库存回滚问题之后，超卖问题还没有解决，最后通过日志定位到了这个问题。

问题描述：用户在系统即将自动取消订单的前一瞬间完成了支付，系统取消了该订单并回滚了库存，同时系统收到了该订单的支付回调，该订单的状态更改为已支付，因为不该出现的库存回滚导致了“超卖”

下面说下我们的解决方案，以微信支付为例

我们的系统在提交订单之后，会调用微信的统一下单接口，这时候微信收到了我们的商户订单号（微信已经生成订单），用户选择不支付。超时自动取消逻辑处理之前，先调用微信的关闭订单接口，如果关闭成功，则这个时候用户后续无法对该订单发起支付。如果返回订单已支付，则无需处理该订单，该订单会收到微信支付的回调

参考

https://www.jianshu.com/p/76bc0e963172
https://www.zhihu.com/question/268937734
https://pay.weixin.qq.com/wiki/doc/api/jsapi.php?chapter=9_3

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