红包雨该如何设计？（完结）

2018年，王思聪的冲顶大会，西瓜视频的百万英雄，再到映客的芝士超人，直播答题火爆全网。

我服务的一家电商公司也加入了这次热潮，技术团队研发了直播答题功能。答题结束之后，红包会以红包雨的形式落下，用户点击屏幕上落下的红包，若抢到红包，红包会以现金的形式进入用户账户。

红包雨是一个典型的高并发场景，短时间内有海量请求访问服务端，技术团队为了让系统运行顺畅，抢红包采用了基于 Redis + Lua 脚本的设计方案。

1 整体流程

我们分析下抢红包的整体流程：

运营系统配置红包雨活动总金额以及红包个数，提前计算出各个红包的金额并存储到 Redis 中；
抢红包雨界面，用户点击屏幕上落下的红包，发起抢红包请求；
TCP 网关接收抢红包请求后，调用答题系统抢红包 dubbo 服务，抢红包服务本质上就是执行 Lua 脚本，将结果通过 TCP 网关返回给前端；
用户若抢到红包，异步任务会从 Redis 中获取抢得的红包信息，调用余额系统，将金额返回到用户账户。

2 红包 Redis 设计

抢红包有如下规则：

同一活动，用户只能抢红包一次；
红包数量有限，一个红包只能被一个用户抢到。

如下图，我们设计三种数据类型：

运营预分配红包列表 ;

队列元素 json 数据格式：

{ 
     //红包编号 
     redPacketId : '365628617880842241'  
     //红包金额 
     amount : '12.21'           
 }

用户红包领取记录列表；

队列元素 json 数据格式：

{ 
     //红包编号 
     redPacketId : '365628617880842241' 
     //红包金额 
     amount : '12.21', 
     //用户编号 
     userId : '265628617882842248' 
 }

用户红包防重 Hash 表；

抢红包 Redis 操作流程：

通过 hexist 命令判断红包领取记录防重 Hash 表中用户是否领取过红包，若用户未领取过红包，流程继续；
从运营预分配红包列表 rpop 出一条红包数据；
操作红包领取记录防重 Hash 表，调用 HSET 命令存储用户领取记录；
将红包领取信息 lpush 进入用户红包领取记录列表。

抢红包的过程，需要重点关注如下几点 :

执行多个命令，是否可以保证原子性 , 若一个命令执行失败，是否可以回滚；
在执行过程中，高并发场景下，是否可以保持隔离性；
后面的步骤依赖前面步骤的结果。

Redis 支持两种模式 : 事务模式 和 Lua 脚本，接下来，我们一一展开。

3 事务原理

Redis 的事务包含如下命令：


序号	命令及描述
1	MULTI 标记一个事务块的开始。
2	EXEC 执行所有事务块内的命令。
3	DISCARD 取消事务，放弃执行事务块内的所有命令。
4	WATCH key [key ...] 监视一个(或多个) key ，如果在事务执行之前这个(或这些) key 被其他命令所改动，那么事务将被打断。
5	UNWATCH 取消 WATCH 命令对所有 key 的监视。

事务包含三个阶段：

事务开启，使用 MULTI , 该命令标志着执行该命令的客户端从非事务状态切换至事务状态；
命令入队，MULTI 开启事务之后，客户端的命令并不会被立即执行，而是放入一个事务队列；
执行事务或者丢弃。如果收到 EXEC 的命令，事务队列里的命令将会被执行，如果是 DISCARD 则事务被丢弃。

下面展示一个事务的例子。

redis> MULTI  
 OK 
 redis> SET msg "hello world" 
 QUEUED 
 redis> GET msg 
 QUEUED 
 redis> EXEC 
 1) OK 
 1) hello world

这里有一个疑问？在开启事务的时候，Redis key 可以被修改吗？

在事务执行 EXEC 命令之前，Redis key 依然可以被修改。

在事务开启之前，我们可以 watch 命令监听 Redis key 。在事务执行之前，我们修改 key 值，事务执行失败，返回 nil 。

通过上面的例子，watch 命令可以实现类似乐观锁的效果 。

4 事务的ACID

4.1 原子性

原子性是指：一个事务中的所有操作，或者全部完成，或者全部不完成，不会结束在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误，会被回滚到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过一样。

第一个例子：

在执行 EXEC 命令前，客户端发送的操作命令错误，比如：语法错误或者使用了不存在的命令。

redis> MULTI 
 OK 
 redis> SET msg "other msg" 
 QUEUED 
 redis> wrongcommand  ### 故意写错误的命令 
 (error) ERR unknown command 'wrongcommand'  
 redis> EXEC 
 (error) EXECABORT Transaction discarded because of previous errors. 
 redis> GET msg 
 "hello world"

在这个例子中，我们使用了不存在的命令，导致入队失败，整个事务都将无法执行。

第二个例子：

事务操作入队时，命令和操作的数据类型不匹配，入队列正常，但执行 EXEC 命令异常。

redis> MULTI   
 OK 
 redis> SET...

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