使用 Redis 分布式锁构建可扩展的插槽预订系统

在当今快节奏的数字世界中，无缝且可扩展的预订系统至关重要，尤其是当多个用户尝试同时预订同一时段时。本博客概述了使用Redis进行分布式锁定的插槽预订系统的底层设计，这确保用户可以在不遇到竞争条件的情况下预订插槽。通过利用 Redis，我们可以管理并发性和可扩展性，确保我们的预订系统在高需求下高效运行。

系统的关键组件

在深入探讨技术方面之前，我们先来分解一下核心组件：

1. 用户：代表使用系统预订时段的个人。
2. Slot：表示用户可以预订的有时限的单元（例如会议室、活动）。
3. Redis 分布式锁：确保两个用户不能同时预订同一个时段的关键功能。
4. MongoDB：存储用户和槽位信息。
5. Redis：充当锁管理器来处理竞争条件。

预订系统的挑战

当多个用户尝试同时预订同一时段时，预订系统很容易陷入重复预订或竞争条件等问题。如果没有适当的并发控制，两个用户可能会无意中预订同一个时段，从而导致沮丧和冲突。

这就是Redis分布式锁发挥作用的地方。使用锁可确保在任何给定时间只有一个用户可以预订时段。

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1. 模型：定义用户和槽位

首先，我们需要为用户和槽设计数据模型。这些模型将存储在 MongoDB 中，其结构简单但有效。

一个。 用户模型

每个用户都有基本属性，如姓名、电子邮件和用于身份验证的散列密码：

const mongoose = require('mongoose');

const UserSchema = new mongoose.Schema({
    name: { type: String, required: true },
    email: { type: String, required: true, unique: true },
    password: { type: String, required: true },
    createdAt: { type: Date, default: Date.now }
});

module.exports = mongoose.model('User', UserSchema);

b. 老虎机模型

每个时段都有开始和结束时间，并跟踪是否已被预订以及由谁预订：

const mongoose = require('mongoose');

const SlotSchema = new mongoose.Schema({
    startTime: { type: Date, required: true },
    endTime: { type: Date, required: true },
    isBooked: { type: Boolean, default: false },
    bookedBy: { type: mongoose.Schema.Types.ObjectId, ref: 'User', default: null }
});

module.exports = mongoose.model('Slot', SlotSchema);

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2. API端点：用户如何与系统交互

API是用户和系统之间的桥梁。以下是所需的关键端点：

一个。 用户注册

允许新用户注册：

• 端点：POST /api/users/register
• 请求：用户详细信息（姓名、电子邮件、密码）
• 回复：用户注册确认

b. 用户登录

对用户进行身份验证并提供 JWT 令牌：

• 端点：POST /api/users/login
• 请求：用户凭据（电子邮件、密码）
• 响应：用于身份验证的 JWT 令牌

c. 创建插槽

允许管理员或授权用户创建槽：

• 端点：POST /api/slots/create
• 请求：时段开始和结束时间
• 响应：确认插槽创建

d. 书位

允许用户预订可用时段：

• 端点：POST /api/slots/book/:id
• 请求：标头中的 JWT 令牌，URL 中的插槽 ID
• 响应：时段预订确认或错误（例如，如果时段已被预订）

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3.Redis分布式锁的工作原理

并发是预订系统面临的最大挑战。当多个用户尝试同时预订同一个时段时，Redis 会以其分布式锁定功能来救援。

使用Redis锁的预订流程

1. 锁获取:

   • 当用户尝试预订插槽时，系统会尝试使用 SET lock_key NX EX 10 命令在 Redis 中获取锁。
   • NX（如果不存在则设置）确保仅在锁尚不存在时创建锁，而 EX 10 确保锁在 10 秒后过期（防止死锁）。
   • 如果已经获取了锁，系统会返回 423 Locked 状态，通知用户该槽位已被其他人预订。

2. 插槽可用性检查：

   • 如果成功获取锁，则会查询 MongoDB 以检查该槽是否仍然可用（即未预订）。
   • 如果空位可用，系统会将空位的状态更新为已预订，并将 bookingBy 字段设置为当前用户的 ID。

3. 锁定释放：

   • 一旦预订过程完成，或者发生错误，系统会通过使用 DEL lock_key 命令删除 Redis 密钥来释放锁定。

使用 Redis 锁预订插槽的示例代码：

const mongoose = require('mongoose');

const UserSchema = new mongoose.Schema({
    name: { type: String, required: true },
    email: { type: String, required: true, unique: true },
    password: { type: String, required: true },
    createdAt: { type: Date, default: Date.now }
});

module.exports = mongoose.model('User', UserSchema);

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4. 预订系统中的错误处理

优雅地处理错误是任何健壮系统的重要组成部分。以下是系统处理的一些错误：

• 400 Bad Request：当输入数据无效时。
• 404 Not Found：当未找到请求的槽位或用户时。
• 423 已锁定：当某个时段当前被其他用户预订时。
• 500 内部服务器错误：任何意外错误，例如数据库或 Redis 故障。

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5. 保护系统安全

安全至关重要，尤其是当用户预订资源时。以下是系统确保安全的方式：

• JWT 身份验证：每个插槽预订请求都需要有效的 JWT 令牌，确保只有经过身份验证的用户才能访问系统。
• 数据验证：每一步都会验证输入数据，以防止处理无效或恶意数据。
• 锁过期：Redis 锁有一个内置的过期时间（10 秒），以防止预订过程中途失败时发生死锁。

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6. 可扩展性考虑因素

系统在构建时考虑到了可扩展性。随着需求的增加，以下策略可以确保顺利运营：

• 用于并发的 Redis：Redis 锁确保即使应用程序的多个实例正在运行，也可以避免竞争条件。
• Redis Clustering：如果系统显着增长，可以使用Redis Clustering将负载分布到多个Redis节点上，从而提高性能。

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结论

构建可扩展且可靠的老虎机预订系统需要仔细考虑并发性、数据完整性和安全性。通过使用Redis分布式锁，我们可以确保没有两个用户同时预订同一个时段，从而消除竞争条件。此外，通过利用MongoDB进行数据持久化和JWT进行身份验证，该系统是安全、可扩展且高效的。

无论您是为会议室、活动还是任何其他有时间限制的资源设计预订系统，此架构都为在重负载下可靠地管理预订提供了坚实的基础。

以上是使用 Redis 分布式锁构建可扩展的插槽预订系统的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！