Lua 脚本保证原子性案例 - 问题详情 - 创脉思

解读

国内互联网大厂（如阿里、腾讯、字节）在 PHP 面试中，Redis 几乎是标配缓存。Redis 4.0+ 支持 Lua 脚本，官方承诺“整个脚本执行期间不会被任何其他命令插入”，天然具备原子性。面试官问“Lua 脚本保证原子性案例”，并不是想听你背概念，而是想看你是否能把 PHP 业务里“并发扣库存、并发抢券、并发打款”这类高危场景，用 Lua 脚本一次性解决，同时能自证“为什么 PHP 代码做不到”。因此，回答必须给出：

一段可落地的 Lua 脚本；
对应 PHP 调用代码；
量化论证（并发测试数据或失败回滚方案）；
线上灰度与回滚策略。

知识点

Redis 单线程模型与原子性语义：EVAL/EVALSHA 命令执行期间，Redis 不会切换时间片。
Lua 脚本内只能调用 Redis 提供的函数，禁止任何 I/O、阻塞、递归，否则会被 Redis 直接杀死。
PHP 侧使用 Redis::eval() 或 Redis::evalSha()，必须预加载脚本到 Redis 脚本缓存，避免每次传输整段脚本带来的网络开销。
脚本超时配置：redis.conf 中 lua-time-limit 5000（毫秒），超时后只能 SCRIPT KILL 或 SHUTDOWN NOSAVE，不能优雅回滚，因此脚本必须保持 O(1) 或 O(logN) 复杂度。
库存扣减的三种异常：
a. 并发超卖（库存变负）；
b. 重复扣减（幂等）；
c. 业务回滚（订单取消后恢复库存）。
Lua 脚本必须同时解决 a 和 b，c 由 PHP 侧异步补偿。
压测指标：单实例 Redis 4C8G 下，Lua 扣库存脚本 QPS≈6w，99 线 < 2ms；同等逻辑用 PHP+WATCH+MULTI 实现，QPS≈1.2w，且失败重试率 3%～7%。

答案

场景：电商秒杀，商品 ID=10086，库存 key=stock:10086，已售 key=sold:10086，用户已购标记 key=bought:10086:{uid}，防止重复购买。

Lua 脚本（预加载到 Redis，SHA1=da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709）

-- 参数：KEYS[1]=stock:10086, KEYS[2]=sold:10086, KEYS[3]=bought:10086:{uid}
-- 参数：ARGV[1]=购买数量, ARGV[2]=用户ID
local stockKey   = KEYS[1]
local soldKey    = KEYS[2]
local boughtKey  = KEYS[3]
local buyNum     = tonumber(ARGV[1])
local uid        = ARGV[2]

-- 幂等检查
if redis.call('EXISTS', boughtKey) == 1 then
    return {-1, "already bought"}
end

-- 库存检查
local remain = tonumber(redis.call('GET', stockKey) or 0)
if remain < buyNum then
    return {-2, "stock not enough"}
end

-- 扣库存、加已售、写用户标记
redis.call('DECRBY', stockKey, buyNum)
redis.call('INCRBY', soldKey, buyNum)
redis.call('SET', boughtKey, 1, 'EX', 86400)

-- 返回剩余库存
local left = tonumber(redis.call('GET', stockKey))
return {0, left}

PHP 调用封装（Laravel 风格，可平滑移植到 ThinkPHP、Hyperf）

class SecKillService
{
    private \Redis $redis;
    private string $luaSha;

    public function __construct()
    {
        $this->redis  = app('redis'); // 连接池长连接
        $lua = file_get_contents(storage_path('lua/secKill.lua'));
        $this->luaSha = $this->redis->script('load', $lua);
    }

    /**
     * 下单接口
     * @return array ['code'=>0,'left'=>99] 或 ['code'=>-2,'msg'=>'stock not enough']
     */
    public function grab(int $uid, int $skuId, int $num = 1): array
    {
        $keys = [
            "stock:{$skuId}",
            "sold:{$skuId}",
            "bought:{$skuId}:{$uid}"
        ];
        $reply = $this->redis->evalSha($this->luaSha, $keys, $num, $uid);
        $code = (int)$reply[0];
        if ($code === 0) {
            return ['code' => 0, 'left' => (int)$reply[1]];
        }
        return ['code' => $code, 'msg' => $reply[1]];
    }
}

线上灰度与回滚

脚本 SHA1 写进配置中心，PHP 容器启动时一次性加载；若脚本需热更新，采用“双 SHA1 版本”方案：老版本脚本保留 24h，新版本逐步灰度，通过开关控制流量比例。
库存回滚：订单超时未支付，PHP 异步任务把库存加回，并删除 bought:{uid} 标记；回滚操作不再走 Lua，直接 INCRBY 即可，因为此时已无线程安全问题。
监控：Prometheus 采集 redis_script_kills 指标，若 1 分钟内出现 >0 次，立即告警并降级到 PHP+分布式锁方案。

拓展思考

如果库存分仓（北京仓、上海仓），Lua 脚本需要一次性读多个分仓库存并做加权分配，此时脚本复杂度升高，需评估是否拆分多个 Redis 实例；若跨实例，则 Lua 原子性失效，必须引入 Redlock 或分布式事务消息。
大促峰值 Redis 实例 CPU 打满，Lua 脚本虽好，但单线程模型会成为瓶颈；国内主流做法是“本地缓存漏斗 + Redis 原子兜底”：Nginx+Lua 层先过滤 80% 流量，剩余 20% 再走 PHP+Redis Lua，整体 QPS 可提升 5 倍。
2023 年起阿里云 Tair、腾讯云 CRS 推出“多线程 Lua”企业版，官方宣称 QPS 可线性扩展，但语义仍是“脚本级原子”，并非“跨槽位事务”；面试时可以主动提及，显示对国内云厂商特性的敏感度。