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【秒杀系统】零基础上手秒杀系统(三):抢购接口隐藏 + 单用户限制频率

前言

时光飞逝,两周过去了,是时候继续填坑了,不然又要被网友喷了。

本文是秒杀系统的第三篇,通过实际代码讲解,帮助你了解秒杀系统设计的关键点,上手实际项目。

本篇主要讲解秒杀系统中,关于抢购(下单)接口相关的单用户防刷措施,主要说两块内容:

  • 抢购接口隐藏
  • 单用户限制频率(单位时间内限制访问次数)

当然,这两个措施放在任何系统中都有用,严格来说并不是秒杀系统独特的设计,所以今天的内容也会比较的通用。

此外,我做了一张流程图,描述了目前我们实现的秒杀接口下单流程:

前文回顾和文章规划

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项目源码在这里

妈妈再也不用担心只会看文章不会实现啦:

github.com/qqxx6661/mi…

正文

秒杀系统介绍

可以翻阅该系列的第一篇文章,这里不再回顾:

零基础上手秒杀系统(一):防止超卖

抢购接口隐藏

在前两篇文章的介绍下,我们完成了防止超卖商品和抢购接口的限流,已经能够防止大流量把我们的服务器直接搞炸,这篇文章中,我们要开始关心一些细节问题。

对于稍微懂点电脑的,又会动歪脑筋的人来说,点击F12打开浏览器的控制台,就能在点击抢购按钮后,获取我们抢购接口的链接。(手机APP等其他客户端可以抓包来拿到)

一旦坏蛋拿到了抢购的链接,只要稍微写点爬虫代码,模拟一个抢购请求,就可以不通过点击下单按钮,直接在代码中请求我们的接口,完成下单。所以就有了成千上万的薅羊毛军团,写一些脚本抢购各种秒杀商品。

他们只需要在抢购时刻的000毫秒,开始不间断发起大量请求,觉得比大家在APP上点抢购按钮要快,毕竟人的速度又极限,更别说APP说不定还要经过几层前端验证才会真正发出请求。

所以我们需要将抢购接口进行隐藏,抢购接口隐藏(接口加盐)的具体做法

  • 每次点击秒杀按钮,先从服务器获取一个秒杀验证值(接口内判断是否到秒杀时间)。
  • Redis以缓存用户ID和商品ID为Key,秒杀地址为Value缓存验证值
  • 用户请求秒杀商品的时候,要带上秒杀验证值进行校验。

大家先停下来仔细想想,通过这样的办法,能够防住通过脚本刷接口的人吗?

能,也不能。

可以防住的是直接请求接口的人,但是只要坏蛋们把脚本写复杂一点,先去请求一个验证值,再立刻请求抢购,也是能够抢购成功的。

不过坏蛋们请求验证值接口,也需要在抢购时间开始后,才能请求接口拿到验证值,然后才能申请抢购接口。理论上来说在访问接口的时间上受到了限制,并且我们还能通过在验证值接口增加更复杂的逻辑,让获取验证值的接口并不快速返回验证值,进一步拉平普通用户和坏蛋们的下单时刻。所以接口加盐还是有用的!

下面我们就实现一种简单的加盐接口代码,抛砖引玉。

代码逻辑实现

代码还是使用之前的项目,我们在其上面增加两个接口:

  • 获取验证值接口
  • 携带验证值下单接口

由于之前我们只有两个表,一个stock表放库存商品,一个stockOrder订单表,放订购成功的记录。但是这次涉及到了用户,所以我们新增用户表,并且添加一个用户张三。并且在订单表中,不仅要记录商品id,同时要写入用户id。

整个SQL结构如下,讲究一个简洁,暂时不加入别的多余字段:

-- ----------------------------
-- Table structure for stock
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `stock`;
CREATE TABLE `stock` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(50) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '名称',
  `count` int(11) NOT NULL COMMENT '库存',
  `sale` int(11) NOT NULL COMMENT '已售',
  `version` int(11) NOT NULL COMMENT '乐观锁,版本号',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULT CHARSET=utf8;

-- ----------------------------
-- Records of stock
-- ----------------------------
INSERT INTO `stock` VALUES ('1', 'iphone', '50', '0', '0');
INSERT INTO `stock` VALUES ('2', 'mac', '10', '0', '0');

-- ----------------------------
-- Table structure for stock_order
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `stock_order`;
CREATE TABLE `stock_order` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `sid` int(11) NOT NULL COMMENT '库存ID',
  `name` varchar(30) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '商品名称',
  `user_id` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',
  `create_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

-- ----------------------------
-- Records of stock_order
-- ----------------------------

-- ----------------------------
-- Table structure for user
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `user`;
CREATE TABLE `user` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

-- ----------------------------
-- Records of user
-- ----------------------------
INSERT INTO `user` VALUES ('1', '张三');
复制代码

SQL文件在开源代码里也放了,不用担心。

获取验证值接口

该接口要求传用户id和商品id,返回验证值,并且该验证值

Controller中添加方法:

/**
 * 获取验证值
 * @return
 */
@RequestMapping(value = "/getVerifyHash", method = {RequestMethod.GET})
@ResponseBody
public String getVerifyHash(@RequestParam(value = "sid") Integer sid,
                            @RequestParam(value = "userId") Integer userId) {
    String hash;
    try {
        hash = userService.getVerifyHash(sid, userId);
    } catch (Exception e) {
        LOGGER.error("获取验证hash失败,原因:[{}]", e.getMessage());
        return "获取验证hash失败";
    }
    return String.format("请求抢购验证hash值为:%s", hash);
}
复制代码

UserService中添加方法:

@Override
public String getVerifyHash(Integer sid, Integer userId) throws Exception {

    // 验证是否在抢购时间内
    LOGGER.info("请自行验证是否在抢购时间内");


    // 检查用户合法性
    User user = userMapper.selectByPrimaryKey(userId.longValue());
    if (user == null) {
        throw new Exception("用户不存在");
    }
    LOGGER.info("用户信息:[{}]", user.toString());

    // 检查商品合法性
    Stock stock = stockService.getStockById(sid);
    if (stock == null) {
        throw new Exception("商品不存在");
    }
    LOGGER.info("商品信息:[{}]", stock.toString());

    // 生成hash
    String verify = SALT + sid + userId;
    String verifyHash = DigestUtils.md5DigestAsHex(verify.getBytes());

    // 将hash和用户商品信息存入redis
    String hashKey = CacheKey.HASH_KEY.getKey() + "_" + sid + "_" + userId;
    stringRedisTemplate.opsForValue().set(hashKey, verifyHash, 3600, TimeUnit.SECONDS);
    LOGGER.info("Redis写入:[{}] [{}]", hashKey, verifyHash);
    return verifyHash;
}
复制代码

一个Cache常量枚举类CacheKey:

package cn.monitor4all.miaoshadao.utils;

public enum CacheKey {
    HASH_KEY("miaosha_hash"),
    LIMIT_KEY("miaosha_limit");

    private String key;

    private CacheKey(String key) {
        this.key = key;
    }
    public String getKey() {
        return key;
    }
}
复制代码

代码解释:

可以看到在Service中,我们拿到用户id和商品id后,会检查商品和用户信息是否在表中存在,并且会验证现在的时间(我这里为了简化,只是写了一行LOGGER,大家可以根据需求自行实现)。在这样的条件过滤下,才会给出hash值。并且将Hash值写入了Redis中,缓存3600秒(1小时),如果用户拿到这个hash值一小时内没下单,则需要重新获取hash值。

下面又到了动小脑筋的时间了,想一下,这个hash值,如果每次都按照商品+用户的信息来md5,是不是不太安全呢。毕竟用户id并不一定是用户不知道的(就比如我这种用自增id存储的,肯定不安全),而商品id,万一也泄露了出去,那么坏蛋们如果再知到我们是简单的md5,那直接就把hash算出来了!

在代码里,我给hash值加了个前缀,也就是一个salt(盐),相当于给这个固定的字符串撒了一把盐,这个盐是HASH_KEY("miaosha_hash"),写死在了代码里。这样黑产只要不猜到这个盐,就没办法算出来hash值。

这也只是一种例子,实际中,你可以把盐放在其他地方, 并且不断变化,或者结合时间戳,这样就算自己的程序员也没法知道hash值的原本字符串是什么了。

携带验证值下单接口

用户在前台拿到了验证值后,点击下单按钮,前端携带着特征值,即可进行下单操作。

Controller中添加方法:

/**
 * 要求验证的抢购接口
 * @param sid
 * @return
 */
@RequestMapping(value = "/createOrderWithVerifiedUrl", method = {RequestMethod.GET})
@ResponseBody
public String createOrderWithVerifiedUrl(@RequestParam(value = "sid") Integer sid,
                                         @RequestParam(value = "userId") Integer userId,
                                         @RequestParam(value = "verifyHash") String verifyHash) {
    int stockLeft;
    try {
        stockLeft = orderService.createVerifiedOrder(sid, userId, verifyHash);
        LOGGER.info("购买成功,剩余库存为: [{}]", stockLeft);
    } catch (Exception e) {
        LOGGER.error("购买失败:[{}]", e.getMessage());
        return e.getMessage();
    }
    return String.format("购买成功,剩余库存为:%d", stockLeft);
}
复制代码

OrderService中添加方法:

@Override
public int createVerifiedOrder(Integer sid, Integer userId, String verifyHash) throws Exception {

    // 验证是否在抢购时间内
    LOGGER.info("请自行验证是否在抢购时间内,假设此处验证成功");

    // 验证hash值合法性
    String hashKey = CacheKey.HASH_KEY.getKey() + "_" + sid + "_" + userId;
    String verifyHashInRedis = stringRedisTemplate.opsForValue().get(hashKey);
    if (!verifyHash.equals(verifyHashInRedis)) {
        throw new Exception("hash值与Redis中不符合");
    }
    LOGGER.info("验证hash值合法性成功");

    // 检查用户合法性
    User user = userMapper.selectByPrimaryKey(userId.longValue());
    if (user == null) {
        throw new Exception("用户不存在");
    }
    LOGGER.info("用户信息验证成功:[{}]", user.toString());

    // 检查商品合法性
    Stock stock = stockService.getStockById(sid);
    if (stock == null) {
        throw new Exception("商品不存在");
    }
    LOGGER.info("商品信息验证成功:[{}]", stock.toString());

    //乐观锁更新库存
    saleStockOptimistic(stock);
    LOGGER.info("乐观锁更新库存成功");

    //创建订单
    createOrderWithUserInfo(stock, userId);
    LOGGER.info("创建订单成功");

    return stock.getCount() - (stock.getSale()+1);
}
复制代码

代码解释:

可以看到service中,我们需要验证了:

  • 商品信息
  • 用户信息
  • 时间
  • 库存

如此,我们便完成了一个拥有验证的下单接口。

试验一下接口

我们先让用户1,法外狂徒张三登场,发起请求:

http://localhost:8080/getVerifyHash?sid=1&userId=1
复制代码

得到结果:

控制台输出:

别急着下单,我们看一下redis里有没有存储好key:

木偶问题,接下来,张三可以去请求下单了!

http://localhost:8080/createOrderWithVerifiedUrl?sid=1&userId=1&verifyHash=d4ff4c458da98f69b880dd79c8a30bcf
复制代码

得到输出结果:

法外狂徒张三抢购成功了!

单用户限制频率

假设我们做好了接口隐藏,但是像我上面说的,总有无聊的人会写一个复杂的脚本,先请求hash值,再立刻请求购买,如果你的app下单按钮做的很差,大家都要开抢后0.5秒才能请求成功,那可能会让脚本依然能够在大家前面抢购成功。

我们需要在做一个额外的措施,来限制单个用户的抢购频率。

其实很简单的就能想到用redis给每个用户做访问统计,甚至是带上商品id,对单个商品做访问统计,这都是可行的。

我们先实现一个对用户的访问频率限制,我们在用户申请下单时,检查用户的访问次数,超过访问次数,则不让他下单!

使用Redis/Memcached

我们使用外部缓存来解决问题,这样即便是分布式的秒杀系统,请求被随意分流的情况下,也能做到精准的控制每个用户的访问次数。

Controller中添加方法:

/**
 * 要求验证的抢购接口 + 单用户限制访问频率
 * @param sid
 * @return
 */
@RequestMapping(value = "/createOrderWithVerifiedUrlAndLimit", method = {RequestMethod.GET})
@ResponseBody
public String createOrderWithVerifiedUrlAndLimit(@RequestParam(value = "sid") Integer sid,
                                                 @RequestParam(value = "userId") Integer userId,
                                                 @RequestParam(value = "verifyHash") String verifyHash) {
    int stockLeft;
    try {
        int count = userService.addUserCount(userId);
        LOGGER.info("用户截至该次的访问次数为: [{}]", count);
        boolean isBanned = userService.getUserIsBanned(userId);
        if (isBanned) {
            return "购买失败,超过频率限制";
        }
        stockLeft = orderService.createVerifiedOrder(sid, userId, verifyHash);
        LOGGER.info("购买成功,剩余库存为: [{}]", stockLeft);
    } catch (Exception e) {
        LOGGER.error("购买失败:[{}]", e.getMessage());
        return e.getMessage();
    }
    return String.format("购买成功,剩余库存为:%d", stockLeft);
}
复制代码

UserService中增加两个方法:

  • addUserCount:每当访问订单接口,则增加一次访问次数,写入Redis
  • getUserIsBanned:从Redis读出该用户的访问次数,超过10次则不让购买了!不能让张三做法外狂徒。
@Override
    public int addUserCount(Integer userId) throws Exception {
        String limitKey = CacheKey.LIMIT_KEY.getKey() + "_" + userId;
        String limitNum = stringRedisTemplate.opsForValue().get(limitKey);
        int limit = -1;
        if (limitNum == null) {
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(limitKey, "0", 3600, TimeUnit.SECONDS);
        } else {
            limit = Integer.parseInt(limitNum) + 1;
            stringRedisTemplate.opsForValue().set(limitKey, String.valueOf(limit), 3600, TimeUnit.SECONDS);
        }
        return limit;
    }

    @Override
    public boolean getUserIsBanned(Integer userId) {
        String limitKey = CacheKey.LIMIT_KEY.getKey() + "_" + userId;
        String limitNum = stringRedisTemplate.opsForValue().get(limitKey);
        if (limitNum == null) {
            LOGGER.error("该用户没有访问申请验证值记录,疑似异常");
            return true;
        }
        return Integer.parseInt(limitNum) > ALLOW_COUNT;
    }
复制代码

试一试接口

使用前文用的JMeter做并发访问接口30次,可以看到下单了10次后,不让再购买了:

大功告成了。

能否不用Redis/Memcached实现用户访问频率统计

且慢,如果你说你不愿意用redis,有什么办法能够实现访问频率统计吗,有呀,如果你放弃分布式的部署服务,那么你可以在内存中存储访问次数,比如:

  • Google Guava的内存缓存
  • 状态模式

不知道大家的设计模式复习的怎么样了,如果没有复习到状态模式,可以先去看看状态模式的定义。状态模式很适合实现这种访问次数限制场景。

我的博客和公众号(后端技术漫谈)里,写了个《设计模式自习室》系列,详细介绍了每种设计模式,大家有兴趣可可以看看。【设计模式自习室】开篇:为什么要有设计模式?

这里我就不实现了,毕竟咱们还是分布式秒杀服务为主,不过引用一个博客的例子,大家感受下状态模式的实际应用:

www.cnblogs.com/java-my-lif…

考虑一个在线投票系统的应用,要实现控制同一个用户只能投一票,如果一个用户反复投票,而且投票次数超过5次,则判定为恶意刷票,要取消该用户投票的资格,当然同时也要取消他所投的票;如果一个用户的投票次数超过8次,将进入黑名单,禁止再登录和使用系统。

public class VoteManager {
    //持有状体处理对象
    private VoteState state = null;
    //记录用户投票的结果,Map<String,String>对应Map<用户名称,投票的选项>
    private Map<String,String> mapVote = new HashMap<String,String>();
    //记录用户投票次数,Map<String,Integer>对应Map<用户名称,投票的次数>
    private Map<String,Integer> mapVoteCount = new HashMap<String,Integer>();
    /**
     * 获取用户投票结果的Map
     */
    public Map<String, String> getMapVote() {
        return mapVote;
    }
    /**
     * 投票
     * @param user    投票人
     * @param voteItem    投票的选项
     */
    public void vote(String user,String voteItem){
        //1.为该用户增加投票次数
        //从记录中取出该用户已有的投票次数
        Integer oldVoteCount = mapVoteCount.get(user);
        if(oldVoteCount == null){
            oldVoteCount = 0;
        }
        oldVoteCount += 1;
        mapVoteCount.put(user, oldVoteCount);
        //2.判断该用户的投票类型,就相当于判断对应的状态
        //到底是正常投票、重复投票、恶意投票还是上黑名单的状态
        if(oldVoteCount == 1){
            state = new NormalVoteState();
        }
        else if(oldVoteCount > 1 && oldVoteCount < 5){
            state = new RepeatVoteState();
        }
        else if(oldVoteCount >= 5 && oldVoteCount <8){
            state = new SpiteVoteState();
        }
        else if(oldVoteCount > 8){
            state = new BlackVoteState();
        }
        //然后转调状态对象来进行相应的操作
        state.vote(user, voteItem, this);
    }
}
复制代码
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        
        VoteManager vm = new VoteManager();
        for(int i=0;i<9;i++){
            vm.vote("u1","A");
        }
    }

}
复制代码

结果:

总结

本项目的代码开源在了Github,大家随意使用:

github.com/qqxx6661/mi…

最后,感谢大家的喜爱。

希望大家多多支持我的公主号:后端技术漫谈。

参考

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