【Redis】基础3：一些应用场景

1. session管理

1.1 手机号登录流程

• 发送短信验证码流程：输入手机号 --> 验证手机号合法（否则回到”输入手机号“） --> 生成验证码 --> 保存验证码到session --> 发送验证码短信。

• 验证码登录流程：输入手机号、验证码 --> 校验验证码（session中的有没有用户提交的验证码） --> 校验通过，以手机号找用户 --> 用户存在，下一步；用户不存在，则创建用户，再下一步 --> 保存用户信息到session。

• 登录检查流程：请求携带cookie ，从cookie中拿session id --> 根据session id拿session对象，判断用户是否在session中（用户登录过则在seesion中有记录） --> 用户不存在终止请求响应，或者重定向到登录页；用户存在，继续响应，注意要缓存用户信息，方便后续使用。

如果采用单体服务-单线程-多协程的方式来处理请求，那么session是线程的数据，协程共享它。如果考虑负载均衡而使用多个server实例，那么session要在这些服务实例之间共享，此时只能使用redis（在内存，kv，server实例之间共享）。即session是多个server实例之间共享的状态。

1.2 session的数据结构设计

1.2.1 一些概念

什么是web应用的状态：客户端与服务器在多次交互过程中产生的上下文信息，例如用户登录凭证、购物车内容、操作历史等。

为什么需要状态：判断请求之间的关联性。如判断两次请求是否来自同一个用户，判断两次请求是否来自同一客户端。

session的作用：HTTP是无状态协议，因此需要使用session（服务端维护）跟踪用户状态，常见的状态化机制还有Cookie（服务端分发，客户端携带），Token（服务端分发，客户端携带）。

1.2.2 session数据结构例子

session_obj1 = {'user_id': 'abc','phone': '13112341234','expire_time': 1745738823
}
session_obj2 = {'user_id': 'ABC','phone': '13112341234','expire_time': 1745738823
}
session = {'001': session_obj1,'002': session_obj2
}

1.3 引入redis来实现共享session

redis中保存两类数据：每个手机号的申请的验证码；登录成功的用户信息

1.3.1 流程

发送验证码短信的流程

输入手机号 --> 验证手机号合法（否则回到”输入手机号“） --> 生成验证码 --> 保存验证码到redis，注意加过期时间 ( eg, key=phone:13212341234, val=31245 ) --> 发送验证码短信。

验证码登录流程

输入手机号、验证码 --> 校验验证码（redis中，verify_code = GET phone:13212341234, if verify_code == in_verify_code） --> 校验通过，以手机号找用户 --> 用户存在，下一步；用户不存在，则创建用户，再下一步 --> 保存用户信息到redis( 方式一：用户信息序列化为string形式保存，方式二：直接使用hash，key的格式：token:uuid )。

登录检查流程

请求携带cookie ，从cookie中拿token --> 根据token从redis拿用户信息 --> 拿到用户信息，继续响应，注意要缓存用户信息，方便后续使用同时刷新token过期时间，保证只要用户有请求，登录状态就一直保持；没拿到用户信息，终止请求响应，或者重定向到登录页。

1.3.2 要考虑的问题

问题：如果用户登录后，相当长的一段时间访问那些不需要登录认证的页面，则token一直不会被刷新而自动掉线，这是不合理的。

解决：所有路径都执行刷新token的动作（根据请求cookie中的token访问redis，获取用户信息，用线程变量缓存用户信息，刷新token过期时间），在需要登录认证的路径做额外的登录状态检查工作（检查缓存中是否有用户信息，如果没有则终止继续响应或者重定向到登录页；如果有则继续响应）。

2. 限时抢购代金券

2.1 业务流程

基本流程：查询代金券券(by id) --> 检查时效 --> 检查库存 --> 扣减库存 --> 创建代金券订单并返回订单id

一人只能购买一个单限制下的流程：查询代金券券(by id) --> 检查时效，在时效内继续 --> 检查库存，库存充足继续 --> 根据用户id和代金券di检查代金券订单，订单不存在继续 --> 扣减库存 --> 创建代金券订单并返回订单id

2.2 代金券表设计

对象：普通代金券，限时抢购代金券，代金券订单

表设计：

voucher(voucher_id, shop_id, title, sub_title, rules, pay_value, actual_value, type, status, create_time, update_time)

time_lmt_voucher(voucher_id, stock, start_time, end_time, create_time, update_time)

voucher_order(id, user_id, voucher_id, pay_type, status, pay_time, use_time, refund_time, create_time, update_time)

说明：其中，voucher和time_lmt_voucher是一对一关系，time_lmt_voucher是voucher的扩展。

2.3 高并发场景面临的问题

2.3.1 问题

1. 超卖（库存为负数）：扣减库存逻包含两个操作：读库存并判断库存是否充足，假设初始情况下库存为1（记为op1）；更新库存为0（记为op2）。线程1执行op1后线程2也执行op1，然后线程1执行op2，库存为0，线程2再执行op2，库存为-1。
2. 一人一单限制失效：业务逻辑包含两个操作：根据用户id和代金券id查询代金券订单是否存在，假设初始情况下用户没有代金券订单（记为op1）;创建新订单（记为op2）。线程1执行op1后，线程2也执行op1，然后线程1执行op2，创建一个订单，线程2再执行op2，又创建了一个订单。
3. 使用数据库的自增id作为订单id存在风险（如根据订单id差值推测出订单量等），且订单数量可能受限。

2.3.2 工具

乐观锁：线程不安全不一定发生，不加锁，只有在更新数据时才检查数据是否被已经被修改。使用版本号控制，先访问数据得到版本好，更新时比较版本号，版本号一致则更新数据同时更新版本号，版本号不一致则拒绝更新。

悲观锁：线程不安全一定发生，在访问数据前加锁。

2.3.3 解决方案

1. 超卖（库存为负数）：使用CAS（Compare And Set）原则，限制库存更新操作条件，用op1查询的库存结果来限制op2的更新操作，set time_lmt_voucher into stock=stock-1 where stock=1;
2. 一人一单限制失效：使用互斥锁构建临界区，把op1和op2放进去。单体服务用进程锁，线程锁，协程锁。分布式服务使用分布式锁。
3. 使用redis做一个全局id生成器（唯一性，高可用，高性能，递增，安全），id(64bits): 时间戳(32bist) + 序列号(32bits)。