并发下的库存如何扣?

背景

业务反馈，项目出现库存超卖/负值现象。

原因

    //简易demo
    $conn = mysqli_connect('localhost','root','123456','shop') or die('数据库连接失败');
    $conn->query("SET NAMES 'UTF8'");
    $query = "SELECT num FROM stock where id = 1"; 
    $rs = $conn->query($query);
    $row = $rs-> fetch_array();
    
    $num = $row['num'];
    $reduce = 1;
    $update = 'update stock set num = num - '.$reduce.' where id = 1';
    if($conn->query($update)){
        echo 'success';
    }else{
        //重试
        $conn->query($update)
    };

假设库存为5，用户一次买了1个，于是库存扣减为4，如果更新失败则重新设置，看似好像没问题。

问题1

库存扣为负值

    $num = $row['num'];
    $reduce = 1;
    if($num >= $reduce){
        $update = 'update stock set num = num - '.$reduce.' where id = 1';
        if($conn->query($update)){
            echo 'success';
        }else{
            //重试
            $conn->query($update)
        }
    }

这样就不会出现库存为负值

问题2

非幂等操作,库存重复扣得问题（库存为5个，用户想买2个，因为并发&重试，实际扣了4个库存）

此时，我们必须知道，“set num=num-$reduce”扣减操作是个“非幂等操作”，即每次sql执行得到的结果不一样，实际我们需要的是用户重试多次得到的应该是同样的结果，这却是个“幂等操作”，所以换个思路，我们将“非幂等”的“扣减操作”改为“幂等”的“设置库存操作”

    $num = $row['num'];
    $reduce = 1;
    $newNum = $num - $reduce;
    if($newNum >= 0){
        $update = 'update stock set num = '.$newNum.' where id = 1';
        if($conn->query($update)){
            echo 'success';
        }else{
            //重试
            $conn->query($update)
        }
    }
  

问题3

并发问题

一共5个库存

A买了3，库存设置为2

B买了2个库存，库存要设置为3

这两个设置库存并发执行，库存会先变成2，再变成3，导致数据不一致（实际卖出了5件商品，但库存只扣减了2，最后一次设置库存会覆盖和掩盖前一次并发操作）

其根本原因是，设置操作发生的时候，没有检查库存与查询出来的库存有没有变化，理论上：
库存为5时，A的库存设置才能成功
库存为5时，B的库存设置才能成功
实际执行的时候：
库存为5，A的set stock 2确实应该成功
库存变为2了，B的set stock 3应该失败掉

修改 (CAS原理)

    $num = $row['num'];
    $reduce = 1;
    $newNum = $num - $reduce;
    if($newNum >= 0){
        $update = 'update stock set num = '.$newNum.' where id = 1 and num = '.$num;
        if($conn->query($update)){
            echo 'success';
        }else{
            //重试
            $conn->query($update)
        }
    }

问题4 CAS引发的ABA问题

ABA问题
并发1（上）：获取出数据的初始值是A，后续计划实施CAS乐观锁，期望数据仍是A的时候，修改才能成功
并发2：将数据修改成B
并发3：将数据修改回A
并发1（下）：CAS乐观锁，检测发现初始值还是A，进行数据修改
ABA在多数库存情况下不会引发业务问题，但是少数的情况下会出现错误。
所以，周全的办法是也要解决ABA问题
ABA本质上是“仅比对值”造成的问题，所以我们可以对库存加上一个版本号来解决该问题，每修改一次数据则版本号变更一次

update stock set num=$new_num, version=$new_version where sid=$sid and version=$version_old
    $num = $row['num'];
        $oldVersion = $row['version '];
        $newVersion = $oldVersion++;
    $reduce = 1;
    $newNum = $num - $reduce;
    if($newNum >= 0){
        $update = 'update stock set num = '.$newNum.',version='.newVersion .' where id = 1 and version= '.$oldVersion ;
        if($conn->query($update)){
            echo 'success';
        }else{
            //重试
            $conn->query($update)
        }
    }

总结

高并发下库存应如下优化

• “设置库存”保证幂等性
• “设置库存”，需要加上原有库存的比较，才允许设置成功，能解决高并发下库存扣减的一致性问题
• CAS引发的ABA问题采用version比对解决