并发扣款，如何保证一致性？

​有朋友问我：,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？,今天和大家聊一聊这个问题。,画外音：文章较长，建议提前收藏。,,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：,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；,第三步，将数据库中的余额进行修改。,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。,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。,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。,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。,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：,升级为：,即可。,并发操作发生时：,业务1执行：,业务2执行：,这两个操作同时进行时，只可能有一个执行成功。,set操作，其实无所谓成功或者失败，业务能通过affect rows来判断：,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。,来进行余额扣减？,明显不行，在并发情况下，会将money扣成负数。,这样是否可行？,很遗憾，仍然不行。,这个方案不幂等。,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：,有一个测试工程师，对该接口写了一个测试用例：,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：,这不是一个好的测试用例，多次执行结果不同。,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。,只需要加一行代码：,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。,读请求，一般是幂等的。,写请求，视情况而定：,因此，这么扣减余额：,是幂等操作。,要是这么扣减余额：,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：,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：,画外音：,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。,因此，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,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：,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：,,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问题导致的原因，是CAS过程中只简单进行了“值”的校验，在有些情况下，“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。,升级为：,(2) 查询余额时，同时查询版本号。,升级为：,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：,升级为“版本号”比对：,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。,思路比结论重要。​