面向java入门小白的【春节抢红包】案例

春节将至，又快到了一年一度抢红包的激动时刻。

大吉大利

为此呢，我专门针对想要学习java，或刚开始学习java的小白们，写了一段简单易懂的【春节抢红包】代码，其中涉及到部分的java编程基础知识。也涉及到关于真正抢红包的思考。相信你们一定能有所收货，同时又能有所联想。

请想要学习的同学们仔阅读代码的注释，有部分基础知识的讲解我没有单独抽取，放在注释当中了。虽然本文不会针对每个知识点讲到原理，但是会在下面列举出来提纲，这些是以后工作中常用，且面试涉及几率很高的内容，希望各位看完本篇后，能够针对这些内容加强理解。

一、基础知识

内部涉及到的基础知识提纲如下，我会针对每个知识点简单介绍：

  • 单例模式
    单例模式解决了两个问题：

    • 保证一个类只有一个实例
    • 为该实例提供一个全局访问节点。

    单例模式包含多种实现方式：比如“饿汉模式”（本文所使用的方式）、“懒汉模式”（线程安全/DCL）、静态内部类、枚举等等。

    本文使用饿汉模式，原因在于：线程安全，类加载完成就完成了实例化，简单实用，推荐。

    想了解更多单例模式的实现请看：https://www.jianshu.com/p/6b4d83b71826。

  • AtomicInteger

    除了这个类之外，java.util.concurrent.atomic包下都是这一类。这是一个小的类工具包，支持在单变量上进行无锁线程安全编程。
    通过CAS（compare and swap）提供数据的原子更新。

  • CAS（compare and swap，比较并替换）
    又叫做自旋锁，是以无锁的方式解决变量原子性问题。是一种乐观锁思想，通过自身的不断重试。

    CAS 的底层是 lock cmpxchg 指令（X86 架构），在单核 CPU 和多核 CPU 下都能够保证【比较-交换】的原子性。

    • 在多核状态下，某个核执行到带 lock 的指令时，CPU 会让总线锁住，当这个核把此指令执行完毕，再开启总线。这个过程中不会被线程的调度机制所打断，保证了多个线程对内存操作的准确性，是原子的。

    • 特点：无锁方式，线程不会阻塞。效率高。如果竞争过于激烈，极大增加重试次数，效率反而降低。

  • lombok.Data （注解@Data）
    lombok能极大的帮助我们提高代码的开发效率，其提供了一系列的注解，使我们的代码更为整洁。

    • @AllArgsConstructor
      生成全参数的构造，在配合到spring/springboot的构造器注入时，可是不写其构造方法：
    @AllArgsConstructor
public class ItemStorageAppServiceImpl implements IItemStorageAppService {

    private ElasticSearchRepository elastic;

    有同学文为什么不使用@Autowired？当然可以使用，只是构造方法的注入方式是官方推荐的注入方式。

    • @Data
      作用于类上，是以下注解的集合：@ToString @EqualsAndHashCode @Getter @Setter @RequiredArgsConstructor；也是我比较喜欢使用的注解。

    • @Getter/Setter
      作用于类上，生成成员变量的get和set方法。

    关于其他的，各位同学自行学习啊。

  • BigDecimal的常用方式

    BigDecimal是涉及到金额问题的最常用解决方式，所以熟练使用其方法很重要，包括加（add）减（subtract）操作、比较（compareTo）等等。必会类型，不多说。

  • LinkedList的特点

    应该是早起最常见的面试题了吧，和ArrayList相比有什么不同。同学们后面自己找相关资料仔细学习下。

    简单来说LinkedList是顺序的，链表的结构，使得其添加/删除数据更快，因为不涉及到数据迁移的问题；线程不安全；查询数据相比于ArrayList要慢，需要遍历查找。

  • 三目运算符的常用方式

    这个没有什么好说的，常见的代码编写方式：

      envelopeLogCache.get(redEnvelopeDO.getId()) == null ? new HashMap<>(4) : envelopeLogCache.get(redEnvelopeDO.getId());

    如上的例子表示，envelopeLogCache根据edEnvelopeDO.getId()获取一个Object，这个Object获取到了吗？如果是null，就给它一个new 的HashMap，如果不是空，就把这个对象Object返回。

    自行体会。

  • 多线程场景下的数据异常
    在本文的代码示例当中，就出现了严重的多线程场景下无法保证数据的原子性问题。这一类问题在多线程、高并发场景是必然会涉及到的。
    在java当中有对应的JUC（java.util.concurrent）类库去解决这一系列的问题，是java学习者必须会的知识。

    可以参考我的文集：https://www.jianshu.com/nb/51656252，当前持续更新中。

  • java8 lambda表达式
    java8新出现的流式编程方式，极大的缩减代码复杂度，使其更加符合面向对象的语义。

    参考文集：https://www.jianshu.com/nb/51413235

上面的内容很基础，但是都比较重要的，无论是写代码，阅读源码，都会涉及，我只是再次提供一些思路。

二、编码开始

从现在开始，正式进入编码阶段，全部代码有三个实体类，两个实现类，一个全局变量类，一个初始化处理器类。另外有两个是业务实现的接口，但是因为我们用main方法做的此次演示，暂时忽略吧。

2.1 实体类

  • 用户类
import lombok.Data;

import java.math.BigDecimal;

/**
 * @description： 人
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 9:40
 * @version：3.0
 */
@Data
public class PeopleDO {

    /**
     * 抢红包人的id
     */
    private Integer id;

    /**
     * 人名
     */
    private String name;

    /**
     * 金额
     */
    private BigDecimal amount;

    public PeopleDO(Integer id, String name, BigDecimal amount) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.amount = amount;
    }
}
  • 红包类
import lombok.Data;

import java.math.BigDecimal;

/**
 * @description： 红包
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 9:37
 * @version：3.0
 */
@Data
public class RedEnvelopeDO {

    /**
     * 红包id
     */
    private Integer id;

    /**
     * 红包名称
     */
    private String name;

    /**
     * 金额
     */
    private BigDecimal amount;

    /**
     * 数量
     */
    private Integer quantity;

    /**
     * 发红包人的id
     */
    private Integer peopleId;

    public RedEnvelopeDO(String name, BigDecimal amount, Integer quantity, Integer peopleId) {
        this.name = name;
        this.amount = amount;
        this.quantity = quantity;
        this.peopleId = peopleId;
    }
}
  • 抢红包历史记录类
import lombok.Data;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Date;

/**
 * @description： 抢红包记录
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 9:45
 * @version：3.0
 */
@Data
public class GrabEnvelopeLogDO {

    /**
     * 用户id
     */
    private Integer peopleId;

    /**
     * 红包id
     */
    private Integer redEnvelopeId;

    /**
     * 抢到的金额
     */
    private BigDecimal amount;

    /**
     * 发送时间
     */
    private Date createTime;

    public GrabEnvelopeLogDO(Integer peopleId, Integer redEnvelopeId, BigDecimal amount, Date createTime) {
        this.peopleId = peopleId;
        this.redEnvelopeId = redEnvelopeId;
        this.amount = amount;
        this.createTime = createTime;
    }
}

实体类使用 @Data 注解，需要引用如下依赖：

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>1.16.10</version>
        </dependency>

这个注解使我们在开发过程中可以极大的增加开发效率，我此处使用可以让我们省去写get、set方法的繁琐。调用时又不耽误我们正常使用。

另外就是根据不同的实体类业务场景，我们可以创建不同参数列表的构造器，这是java“重载”在构造器的体现。

2.2 实现类

共有两个实现类，分别是发送红包的实现类和抢红包的工具类：

  • 发送红包实现类
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.GlobalDataCache;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.GlobalInitProcessor;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.PeopleDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.RedEnvelopeDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.service.ISendRedEnvelopeService;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Map;

/**
 * @description： 发红包接口
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 9:56
 * @version：3.0
 */
public class SendRedEnvelopeServiceImpl implements ISendRedEnvelopeService {

    @Override
    public RedEnvelopeDO send(RedEnvelopeDO redEnvelopeDO) throws Exception {
        // 获取全局变量
        GlobalDataCache globalDataCache = GlobalInitProcessor.getGlobalDataCache();

        //获取用户信息
        PeopleDO peopleDO = globalDataCache.getPeopleCache().get(redEnvelopeDO.getPeopleId());
        //校验用户金额是否足够发红包
        if (peopleDO.getAmount().compareTo(redEnvelopeDO.getAmount()) < 0) {
            // 直接跑出异常，调用时捕获异常内容，实际应该定制通用返回结果，并且有对象的成功失败标识
            throw new Exception("您当前余额不足，红包发送失败");
        }
        // 扣除用户账户金额
        BigDecimal subtract = peopleDO.getAmount().subtract(redEnvelopeDO.getAmount());
        peopleDO.setAmount(subtract);
        // 将用户存入缓存当中
        Map<Integer, PeopleDO> peopleCache = globalDataCache.getPeopleCache();
        peopleCache.put(peopleDO.getId(), peopleDO);
        globalDataCache.setPeopleCache(peopleCache);
        // 获取全局唯一红包id，并将红包存入缓存
        redEnvelopeDO.setId(globalDataCache.getId());
        Map<Integer, RedEnvelopeDO> redEnvelopeCache = globalDataCache.getRedEnvelopeCache();
        redEnvelopeCache.put(redEnvelopeDO.getId(), redEnvelopeDO);
        globalDataCache.setRedEnvelopeCache(redEnvelopeCache);
        return redEnvelopeDO;
    }
}
  • 抢红包实现类
import cn.hutool.core.util.ObjectUtil;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.GlobalDataCache;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.GlobalInitProcessor;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.GrabEnvelopeLogDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.PeopleDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.RedEnvelopeDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.service.IGrabRedEnvelopeService;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @description： 抢红包
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 10:58
 * @version：3.0
 */
public class GrabRedEnvelopeServiceImpl implements IGrabRedEnvelopeService {
    @Override
    public void grab(Integer peopleId, Integer redEnvelopeId) throws Exception {
        // 获取全局变量
        GlobalDataCache globalDataCache = GlobalInitProcessor.getGlobalDataCache();
        // 获取用户
        Map<Integer, PeopleDO> peopleCache = globalDataCache.getPeopleCache();
        PeopleDO peopleDO = peopleCache.get(peopleId);
        // 获取红包
        Map<Integer, RedEnvelopeDO> redEnvelopeCache = globalDataCache.getRedEnvelopeCache();
        RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = redEnvelopeCache.get(redEnvelopeId);
        // 获取红包历史
        Map<Integer, Map<Integer, GrabEnvelopeLogDO>> envelopeLogCache = globalDataCache.getEnvelopeLogCache();
        Map<Integer, GrabEnvelopeLogDO> integerGrabEnvelopeLogDOMap =
                envelopeLogCache.get(redEnvelopeDO.getId()) == null ? new HashMap<>(4)
                        : envelopeLogCache.get(redEnvelopeDO.getId());
        //判断红包是否还有余量
        if (redEnvelopeDO.getQuantity() > 0) {
            // 计算抢到的红包金额,并减去余额,和可抢数量
            BigDecimal sub = this.sub(redEnvelopeDO);
            // 用户增加余额
            peopleDO.setAmount(peopleDO.getAmount().add(sub));
            // 记录抢红包历史
            // 没有红包历史则新建，有则返回不能抢红包
            if (ObjectUtil.isNotEmpty(integerGrabEnvelopeLogDOMap) &&
                    ObjectUtil.isNotEmpty(integerGrabEnvelopeLogDOMap.get(peopleId))) {
                throw new Exception("很抱歉，您已抢过红包");
            } else {
                GrabEnvelopeLogDO grabEnvelopeLog = new GrabEnvelopeLogDO(peopleId, redEnvelopeId, sub, new Date());
                integerGrabEnvelopeLogDOMap.put(peopleId, grabEnvelopeLog);
                envelopeLogCache.put(redEnvelopeId, integerGrabEnvelopeLogDOMap);
                globalDataCache.setEnvelopeLogCache(envelopeLogCache);
            }
        } else {
            throw new Exception("很抱歉，红包已被抢完！");
        }
    }

    /**
     * description: 计算抢到的红包金额,并减去余额
     *
     * @param redEnvelopeDO
     * @return: BigDecimal
     * @author: weirx
     * @time: 2022/1/6 11:06
     */
    private BigDecimal sub(RedEnvelopeDO redEnvelopeDO) {
        BigDecimal scale;
        if (redEnvelopeDO.getQuantity() > 1) {
            // 计算能获取的最金额，指定最大最小范围
            int max = redEnvelopeDO.getAmount().intValue();
            double min = 0.01;
            // 随机范围，不会超过max，也不会小于min
            BigDecimal db = new BigDecimal(Math.random() * (max - min) + min);
            //保留两位小数，不四舍五入
            scale = db.setScale(2, BigDecimal.ROUND_DOWN);
        } else {
            // 剩一个则获取全部
            scale = redEnvelopeDO.getAmount();
        }
        //设置红包余额
        redEnvelopeDO.setAmount(redEnvelopeDO.getAmount().subtract(scale));
        //设置剩余可抢数量
        redEnvelopeDO.setQuantity(redEnvelopeDO.getQuantity() - 1);
        return scale;
    }
}

上面的实现都对应实现了其各自的接口，我也提供下，暂时没有使用：

import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @description： 抢红包接口
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 9:52
 * @version：3.0
 */
@Service
public interface IGrabRedEnvelopeService {

    /**
     * description: 抢红包接口
     *
     * @param peopleId      用户id
     * @param redEnvelopeId 红包id
     * @author: weirx
     * @time: 2022/1/6 9:54
     */
    void grab(Integer peopleId, Integer redEnvelopeId) throws Exception;
}

import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.RedEnvelopeDO;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @description： 发送红包的接口
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 9:49
 * @version：3.0
 */
@Service
public interface ISendRedEnvelopeService {

    /**
     * description: 发送红包
     *
     * @param redEnvelopeDO 红包
     * @return: RedEnvelopeDO
     * @author: weirx
     * @time: 2022/1/6 9:50
     */
    RedEnvelopeDO send(RedEnvelopeDO redEnvelopeDO) throws Exception;
}

关于代码的详细解释都在注释里面了，我就不在单独解释了。

这里好像使用了hutool工具，一时疏忽，但是既然用了就给大家提一嘴，需要引入下面的依赖：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/cn.hutool/hutool-all -->
<dependency>
    <groupId>cn.hutool</groupId>
    <artifactId>hutool-all</artifactId>
    <version>5.7.18</version>
</dependency>

这是一个大而全的工具类，只要你想的到的，基本在这里面都有对应的工具类。不要错过。

2.3 全局变量类及初始化处理器

全局变量类是我走的一个临时存储数据的类，本文没有使用数据库等存储组件。也正是由于这个原因导致了多线程的问题，后面会介绍。

  • 全局变量类
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.GrabEnvelopeLogDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.PeopleDO;
import com.cloud.bssp.chinesenewyear.grabredenvelope.entity.RedEnvelopeDO;
import lombok.Data;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * @description： 全局数据存储（为了方便学习，我没有使用任何的数据库等，直接通过内存当时存储）
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 10:01
 * @version：3.0
 */
@Data
public class GlobalDataCache {

    /**
     * AtomicInteger是原子性的，能够保证在并发环境下的数据原子性
     * 通过CAS（compare and swap，比较并替换）实现的原子性
     *
     * 我使用这个变量作为后面对象的自增id
     */
    private final AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);

    /**
     * 存储全部用户数据
     */
    private Map<Integer, PeopleDO> peopleCache = new HashMap<>();

    /**
     * 存储全部红包数据
     */
    private Map<Integer, RedEnvelopeDO> redEnvelopeCache = new HashMap<>();

    /**
     * 红包历史数据 Map<红包id, Map<用户id,GrabEnvelopeLogDO>>
     */
    private Map<Integer, Map<Integer, GrabEnvelopeLogDO>> envelopeLogCache = new HashMap<>();

    /**
     * 获取全局唯一id
     *
     * incrementAndGet方法使用CAS自加1，保证原子性
     *
     * @return
     */
    public Integer getId() {
        return atomicInteger.incrementAndGet();
    }
}
  • 全局变量初始化处理器
/**
 * @description： 全局初始化处理器
 * @author：weirx
 * @date：2022/1/6 10:12
 * @version：3.0
 */
public class GlobalInitProcessor {

    /**
     * 单例模式（使用静态变量实现），个人认为是最好也是最实用的方式。
     *
     * 静态变量在程序运行时就会加载，从而执行getInstance方法，创建对象实例，有且仅有一次创建的过程
     *
     * 调用方使用GlobalInitProcessor.getGlobalDataCache()即可获取GlobalDataCache的全局唯一实例
     */
    private final static GlobalDataCache GLOBAL_DATA_CACHE = getInstance();

    private static GlobalDataCache getInstance() {
        return new GlobalDataCache();
    }

    public static GlobalDataCache getGlobalDataCache() {
        return GLOBAL_DATA_CACHE;
    }
}

2.4 main方法测试

基础的代码都在前面的小节提供了，本小节偶尔们主要做些实验看结果。

  • 求和工具类（用于看结果正确性）
    /**
     * description: 计算总金额
     *
     * @param globalDataCache
     * @return: void
     * @author: weirx
     * @time: 2022/1/6 15:02
     */
    public static void sum(GlobalDataCache globalDataCache) {
        //计算被领取红包的总金额
        final BigDecimal[] count = {new BigDecimal(0)};
        globalDataCache.getEnvelopeLogCache().forEach((k, v) -> {
            v.forEach((k1, v1) -> {
                count[0] = count[0].add(v1.getAmount());
            });
        });
        System.out.println("被抢总金额：" + count[0]);

        //计算每个人的钱包总金额
        final BigDecimal[] count1 = {new BigDecimal(0)};
        globalDataCache.getPeopleCache().forEach((k, v) -> {
            count1[0] = count1[0].add(v.getAmount());
        });
        System.out.println("所有人的总金额：" + count1[0]);

        //红包剩余金额
        globalDataCache.getRedEnvelopeCache().forEach((k, v) -> {
            System.out.println("红包剩余金额：" + v.getAmount());
        });
    }
  • 三人顺序抢红包
    指定张三、李四、王五三个人，其中每个人各自一百块；由张三发送【新年快乐】红包，总金额100，共三个人可以抢，代码如下：
    public static void main(String[] args) {
        GlobalDataCache globalDataCache = GlobalInitProcessor.getGlobalDataCache();

        // 准备用户
        PeopleDO zhangsan = new PeopleDO(globalDataCache.getId(), "张三", new BigDecimal(100));
        PeopleDO lisi = new PeopleDO(globalDataCache.getId(), "李四", new BigDecimal(100));
        PeopleDO wangwu = new PeopleDO(globalDataCache.getId(), "王五", new BigDecimal(100));
        Map<Integer, PeopleDO> map = new HashMap<>(4);
        map.put(zhangsan.getId(), zhangsan);
        map.put(lisi.getId(), lisi);
        map.put(wangwu.getId(), wangwu);
        globalDataCache.setPeopleCache(map);

        //张三发100的红包
        SendRedEnvelopeServiceImpl sendRedEnvelopeService = new SendRedEnvelopeServiceImpl();
        RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = new RedEnvelopeDO("新年快乐", new BigDecimal(100), 3, zhangsan.getId());
        try {
            sendRedEnvelopeService.send(redEnvelopeDO);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        //张三、李四、王五按【顺序】抢红包
        LinkedList<Integer> userList = new LinkedList<>();
        userList.add(zhangsan.getId());
        userList.add(lisi.getId());
        userList.add(wangwu.getId());

        GrabRedEnvelopeServiceImpl grabRedEnvelopeService = new GrabRedEnvelopeServiceImpl();
        userList.forEach(i -> {
            try {
                grabRedEnvelopeService.grab(i, redEnvelopeDO.getId());
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        });

        System.out.println(globalDataCache);

        sum(globalDataCache);
    }

代码简单，直接看结果了：

GlobalDataCache(atomicInteger=4, peopleCache={1=PeopleDO(id=1, name=张三, amount=32.64), 2=PeopleDO(id=2, name=李四, amount=125.06), 3=PeopleDO(id=3, name=王五, amount=142.30)}, redEnvelopeCache={4=RedEnvelopeDO(id=4, name=新年快乐, amount=0.00, quantity=0, peopleId=1)}, envelopeLogCache={4={1=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=1, redEnvelopeId=4, amount=32.64, createTime=Thu Jan 06 17:03:21 CST 2022), 2=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=2, redEnvelopeId=4, amount=25.06, createTime=Thu Jan 06 17:03:21 CST 2022), 3=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=3, redEnvelopeId=4, amount=42.30, createTime=Thu Jan 06 17:03:21 CST 2022)}})
被抢总金额：100.00
所有人的总金额：300.00
红包剩余金额：0.00
  • 减少红包数为两个
RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = new RedEnvelopeDO("新年快乐", new BigDecimal(100), 2, zhangsan.getId());

结果当中有一个人，王五是抢不到的

很抱歉，红包已被抢完！
GlobalDataCache(atomicInteger=4, peopleCache={1=PeopleDO(id=1, name=张三, amount=34.74), 2=PeopleDO(id=2, name=李四, amount=165.26), 3=PeopleDO(id=3, name=王五, amount=100)}, redEnvelopeCache={4=RedEnvelopeDO(id=4, name=新年快乐, amount=0.00, quantity=0, peopleId=1)}, envelopeLogCache={4={1=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=1, redEnvelopeId=4, amount=34.74, createTime=Thu Jan 06 17:06:20 CST 2022), 2=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=2, redEnvelopeId=4, amount=65.26, createTime=Thu Jan 06 17:06:20 CST 2022)}})
被抢总金额：100.00
所有人的总金额：300.00
红包剩余金额：0.00
  • 三个人抢四个红包
RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = new RedEnvelopeDO("新年快乐", new BigDecimal(100), 4, zhangsan.getId());

结果：

GlobalDataCache(atomicInteger=4, peopleCache={1=PeopleDO(id=1, name=张三, amount=20.24), 2=PeopleDO(id=2, name=李四, amount=173.39), 3=PeopleDO(id=3, name=王五, amount=100.62)}, redEnvelopeCache={4=RedEnvelopeDO(id=4, name=新年快乐, amount=5.75, quantity=1, peopleId=1)}, envelopeLogCache={4={1=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=1, redEnvelopeId=4, amount=20.24, createTime=Thu Jan 06 17:08:47 CST 2022), 2=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=2, redEnvelopeId=4, amount=73.39, createTime=Thu Jan 06 17:08:47 CST 2022), 3=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=3, redEnvelopeId=4, amount=0.62, createTime=Thu Jan 06 17:08:47 CST 2022)}})
被抢总金额：94.25
所有人的总金额：294.25
红包剩余金额：5.75

通过上面的测试，我们发现，三种情况下总金额都是300，没有发生数据原子性的问题，那是因为我们的抢红包是通过一个线程串行去抢的，然而实际情况是不可能的。

大家在年会抢红包的时候，都是一直盯着手机，所以人基本同一时刻点击抢红包，先让不满足上述的理想环境。

2.5 并发场景下的抢红包

在本章节我们使用多线程去模拟多人在公司年会抢红包，仍然是100的红包，模拟10个人抢，总共10个红包，通过10个线程模拟10个人，修改测试方法如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 定义一个常量，创建的用户数，也是抢红包的人数，同样是红包设定的个数（此场景就设置正好的数量吧）
        int num = 10;

        //获取全局变量
        GlobalDataCache globalDataCache = GlobalInitProcessor.getGlobalDataCache();

        // 准备用户, Map初始化记得赋予初始大小，设置值 * 负载因子（0.75） = 实际容量
        Map<Integer, PeopleDO> peopleDOMap = new HashMap<>(128);
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            //循环初始化用户，添加到peopleDOMap中
            PeopleDO peopleDO = new PeopleDO(globalDataCache.getId(), "用户：" + i, new BigDecimal(100));
            peopleDOMap.put(peopleDO.getId(), peopleDO);
        }
        // 设置用户到全局变量
        globalDataCache.setPeopleCache(peopleDOMap);

        //实例化发红包的业务实现
        SendRedEnvelopeServiceImpl sendRedEnvelopeService = new SendRedEnvelopeServiceImpl();
        //构造一个红包
        RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = new RedEnvelopeDO(
                "新年快乐", new BigDecimal(100), num, peopleDOMap.keySet().iterator().next());
        try {
            // 发送红包
            sendRedEnvelopeService.send(redEnvelopeDO);
        } catch (Exception e) {
            //此处会捕获手动抛出的“用户余额不足异常”
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        // 获取钱红包实现
        GrabRedEnvelopeServiceImpl grabRedEnvelopeService = new GrabRedEnvelopeServiceImpl();

        // 使用屏障或者叫同步器，指定一个数字，当线程调用一个await方法，数字加1，知道等于设置的数值，所有线程才会开始执行，否则一直处于阻塞状态。
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(num);
        // 并发的抢红包
        peopleDOMap.forEach((k, v) -> {
            // 创建和人数一样多的线程
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 等到所有线程到达
                    cyclicBarrier.await();
                    // 执行抢红包方法
                    grabRedEnvelopeService.grab(k, redEnvelopeDO.getId());
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
            }).start();
        });
        // 主线程休眠1秒，否则业务线程还没执行完，主线程就结束了，看不到结果
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println(globalDataCache);

        // 结果统计
        sum(globalDataCache);
    }

结果：

GlobalDataCache(atomicInteger=11, peopleCache={1=PeopleDO(id=1, name=用户：0, amount=60.07), 2=PeopleDO(id=2, name=用户：1, amount=106.39), 3=PeopleDO(id=3, name=用户：2, amount=125.67), 4=PeopleDO(id=4, name=用户：3, amount=186.65), 5=PeopleDO(id=5, name=用户：4, amount=178.62), 6=PeopleDO(id=6, name=用户：5, amount=180.41), 7=PeopleDO(id=7, name=用户：6, amount=174.70), 8=PeopleDO(id=8, name=用户：7, amount=170.05), 9=PeopleDO(id=9, name=用户：8, amount=170.19), 10=PeopleDO(id=10, name=用户：9, amount=126.10)}, redEnvelopeCache={11=RedEnvelopeDO(id=11, name=新年快乐, amount=-317.50, quantity=2, peopleId=1)}, envelopeLogCache={11={3=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=3, redEnvelopeId=11, amount=25.67, createTime=Thu Jan 06 17:17:44 CST 2022)}})
被抢总金额：25.67
所有人的总金额：1478.85
红包剩余金额：-317.50

上述结果大家看到了吧，这才是10个人，看到数额完全不对了，红包剩余都变成了负数的，总金额页远超了1000块，二红包被抢的总共在25块多。要是这样发红包的老板要赔死都不知道咋回事啊。

  • 问题分析
    我们的数据都是存储在一个共享变量GlobalDataCache当中的，我们首先结合下图JMM（java内存模型）分析下：
JMM.png

我们共享变量GlobalDataCache在实例化后存储在堆中，堆是共享的；当线程被创建，并且使用到这个GlobalDataCache时，会从堆中获取，然后将其存储到自己的虚拟机栈当中；虚拟机栈中有栈帧，每个方法就是一个栈帧，栈帧中又包含本地变量表，此时的GlobalDataCache就存在这里面。所以当线程咋方法中修改GlobalDataCache时，修改的只是本地变量表的数据，没有修改队中的数据，只有当当方法全部完成后，才会同步到队中的GlobalDataCache。此时必然产生数据不同步的问题了。

  • 解决方案
    优点基础的同学一定会想到使用锁实现，我们在java中常间的锁有Synchronized，LockSupport以及ReetrantLock。

    想了解原理的同学可以看我的这个专题：https://www.jianshu.com/u/e62c72db32f1

    本文使用ReetrantLock来解决问题，所以有修改后的测试方法如下：

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 定义一个常量，创建的用户数，也是抢红包的人数，同样是红包设定的个数（为了测试红包不足，实际会减少）
        int num = 10;

        //获取全局变量
        GlobalDataCache globalDataCache = GlobalInitProcessor.getGlobalDataCache();

        // 准备用户, Map初始化记得赋予初始大小，设置值 * 负载因子（0.75） = 实际容量
        Map<Integer, PeopleDO> peopleDOMap = new HashMap<>(128);
        for (int i = 0; i < num; i++) {
            //循环初始化用户，添加到peopleDOMap中
            PeopleDO peopleDO = new PeopleDO(globalDataCache.getId(), "用户：" + i, new BigDecimal(100));
            peopleDOMap.put(peopleDO.getId(), peopleDO);
        }
        // 设置用户到全局变量
        globalDataCache.setPeopleCache(peopleDOMap);

        //实例化发红包的业务实现
        SendRedEnvelopeServiceImpl sendRedEnvelopeService = new SendRedEnvelopeServiceImpl();
        //构造一个红包
        RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = new RedEnvelopeDO(
                "新年快乐", new BigDecimal(100), num - 2, peopleDOMap.keySet().iterator().next());
        try {
            // 发送红包
            sendRedEnvelopeService.send(redEnvelopeDO);
        } catch (Exception e) {
            //此处会捕获手动抛出的“用户余额不足异常”
            System.out.println(e.getMessage());
        }

        // 获取钱红包实现
        GrabRedEnvelopeServiceImpl grabRedEnvelopeService = new GrabRedEnvelopeServiceImpl();

        // 使用屏障或者叫同步器，指定一个数字，当线程调用一个await方法，数字加1，知道等于设置的数值，所有线程才会开始执行，否则一直处于阻塞状态。
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(num);
        // 保证数据原子性，线程同步，等待线程处于阻塞状态，lock/unlock
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        peopleDOMap.forEach((k, v) -> {
            // 创建和人数一样多的线程
            new Thread(() -> {
                try {
                    // 等到所有线程到达
                    cyclicBarrier.await();
                    // 锁住抢红包方法grap，此时是互斥的，只有当前线程能进来，其余县城在阻塞队列等待
                    lock.lock();
                    // 执行抢红包方法
                    grabRedEnvelopeService.grab(k, redEnvelopeDO.getId());
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(e.getMessage());
                } finally {
                    // 释放互斥锁，要保证在finally当中执行释放锁，防止死锁发生
                    lock.unlock();
                }
            }).start();
        });
        // 主线程休眠1秒，否则业务线程还没执行完，主线程就结束了，看不到结果
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println(globalDataCache);

        // 结果统计
        sum(globalDataCache);
    }

此次我们还减少两个红包数量，即8个：

 RedEnvelopeDO redEnvelopeDO = new RedEnvelopeDO("新年快乐", new BigDecimal(100), num - 2, peopleDOMap.keySet().iterator().next());

结果：

很抱歉，红包已被抢完！
很抱歉，红包已被抢完！
GlobalDataCache(atomicInteger=11, peopleCache={1=PeopleDO(id=1, name=用户：0, amount=4.29), 2=PeopleDO(id=2, name=用户：1, amount=100.69), 3=PeopleDO(id=3, name=用户：2, amount=102.21), 4=PeopleDO(id=4, name=用户：3, amount=101.59), 5=PeopleDO(id=5, name=用户：4, amount=100.00), 6=PeopleDO(id=6, name=用户：5, amount=100), 7=PeopleDO(id=7, name=用户：6, amount=100.00), 8=PeopleDO(id=8, name=用户：7, amount=100.85), 9=PeopleDO(id=9, name=用户：8, amount=100), 10=PeopleDO(id=10, name=用户：9, amount=190.37)}, redEnvelopeCache={11=RedEnvelopeDO(id=11, name=新年快乐, amount=0.00, quantity=0, peopleId=1)}, envelopeLogCache={11={1=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=1, redEnvelopeId=11, amount=4.29, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 2=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=2, redEnvelopeId=11, amount=0.69, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 3=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=3, redEnvelopeId=11, amount=2.21, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 4=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=4, redEnvelopeId=11, amount=1.59, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 5=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=5, redEnvelopeId=11, amount=0.00, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 7=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=7, redEnvelopeId=11, amount=0.00, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 8=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=8, redEnvelopeId=11, amount=0.85, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022), 10=GrabEnvelopeLogDO(peopleId=10, redEnvelopeId=11, amount=90.37, createTime=Thu Jan 06 17:41:25 CST 2022)}})
被抢总金额：100.00
所有人的总金额：1000.00
红包剩余金额：0.00

由上所示发现没有任何问题。

三、微服务常用组件

前面扯了一大堆基础到不能在基础的内容，下面我们自由飞翔一下，看看当今企业中常见的技术栈有哪些，可以利用到我们的抢红包的场景当中。

下面我简单画一幅架构图，列出比较常用的架构设计：

架构.png

如上图所示，从web请求开始，涉及到如下组建，咱们逐一举例：

  • 负载均衡
    磁层主要是对网关做负载均衡，企业通常采用软负载，常用nginx等，或使用F5的负载均衡组件。

  • 网关层
    网关在如今的主流java开发领域，使用较多的是springCloud生态的zuul或者gateway组件，自带负载均衡和代理转发的功能。同时可以作为权限验证的组件，如集成JWT等。也可以做请求拦截，白名单等。

  • 业务服务层
    通常就是咱们写业务代码的一层，目前主流的框架有两个，分别是阿里开源的dubbo生态，随着注册中心nacos的出现，可以取代原本的zookeeper，目前使用量较广。另一个就是springCloud的生态，提供丰富的组件库，Feign，ribbon，eureka，hystrix等等组件，应当是目前使用量最广泛的java微服务框架。

  • 数据持久层
    此层我应该再细分为三个层面：

    • 关系型数据库：主流的是mysql和PostgreSQL，传统行业可能还在使用Oracle；以及目前阿里背书的OceanBase等。
    • 缓存：随着目前服务数量，用户量的增加，缓存对于互联网应用来说越来越重要。主流是redis和MongoDB，使用量都很广泛。
    • 搜索引擎：主流是Elasticsearch、solr等。业务场景对于查询量大的，修改少的场景也可以使用。

  • 限流、熔断、降级
    当并发量很大，系统不足以应付的时候，可以使用这些策略保证系统的可用性。springcloud提供自带的组件hystrix。
    但是我此处指的是作用与网关层，也就是请求的入口处。推荐使用阿里开源的Sentinel。

  • 注册中心/配置中心
    目前主流的注册中心在国内可以说就是阿里巴巴开源的nacos了，集服务发现和动态配置于一身，同时支持dubbo和springcloud等主流的微服务框架。
    另外springcloud自带的eureka暂时不推荐使用了，在易用性上来说完全不如nacos。还需要单独选择一套配置中心搭配，可以使用zookeeper，etcd等组件自行开发；也可以使用携程的Apollo，也是不错的配置中心组件。

  • 消息中间件
    消息中间件是目前互联网中的明星了，在解决高并发量，大吞吐量，异步解耦等方面可以说做到了极致。有其适合大量订单等场景。
    常用的有阿里巴巴的RocketMQ，RabbitMQ以及经久不衰的Kafka。

  • EFK/ELK
    日志收集组件。对于一些大型传统行业，涉及到一些审计的工作，他们对于操作日志的记录非常严格，此时需要一套专门的系统来做。
    主流的有elasticsearch+ fluentd + kibana 和大多数在企业使用的elasticsearch+ Logstash + kibana。日志存储组件都是Elasticsearch，查询组件都是Kibana，主要差别在于日志的收集组件，这将影响到日志记录的整体速度，除了上面两种还有不少的选择如：flume、filebeat等

  • 链路追踪
    这个属于保证系统可用性的组件，可以反映当前系统的运行状态，以及各服务之间额调用关系，甚至于网络请求的吞吐量等。可以集成邮件等组件实现异常告警推送。

    常用的我推荐skywalking，同时还有zipkin，和新兴的jeager。

  • Prometheus + Grafana
    这是一套云原生的监控系统，可以监控服务器，服务，以及各种会用到的组件，使用exporter将数据收集到prometheus进行存储。之后由Grafana提供动态可配置的报表进行定制展示，是目前最好的监控组件。

关于常用的组件就介绍到这吧，当然还有很多很多没有提到，也还有很多我没有用过，希望在工作中不断地学习吧。

四、总结

一篇java入门小知识，不知道对朋友们有没有帮助，码字不易，给点个赞和关注啊。

学完本篇抢红包的代码，保准让你过年每个红包都不落下，每次红包都抢最大的！！

小弟提前给你们拜年了！！！

大吉大利
最后编辑于 ：
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