使用 Redis 分散式鎖建立可擴展的插槽預訂系統

在當今快節奏的數位世界中，無縫且可擴展的預訂系統至關重要，尤其是當多個用戶嘗試同時預訂同一時段時。本部落格概述了使用Redis進行分散式鎖定的插槽預訂系統的底層設計，這確保用戶可以在不遇到競爭條件的情況下預訂插槽。透過利用 Redis，我們可以管理並發性和可擴展性，確保我們的預訂系統在高需求下有效運作。

系統的關鍵組件

在深入探討技術方面之前，我們先來分解核心組件：

1. 使用者：代表使用系統預約時段的個人。
2. Slot：表示使用者可以預約的有時限的單元（例如會議室、活動）。
3. Redis 分散式鎖定：確保兩個使用者不能同時預約同一個時段的關鍵功能。
4. MongoDB：儲存使用者和插槽資訊。
5. Redis：充當鎖定管理器來處理競爭條件。

預訂系統的挑戰

當多個用戶嘗試同時預訂同一時段時，預訂系統很容易陷入重複預訂或競爭條件等問題。如果沒有適當的並發控制，兩個用戶可能會無意中預訂同一個時段，導致沮喪和衝突。

這就是Redis分散式鎖發揮作用的地方。使用鎖定可確保在任何給定時間只有一個用戶可以預訂時段。

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1. 模型：定義使用者和插槽

首先，我們需要為使用者和槽設計資料模型。這些模型將儲存在 MongoDB 中，其結構簡單但有效。

一個。 使用者模型

每個使用者都有基本屬性，如姓名、電子郵件和用於驗證的雜湊密碼：

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. 老虎機模型

每個時段都有開始和結束時間，並追蹤是否已被預訂以及由誰預訂：

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端點：使用者如何與系統交互

API是使用者和系統之間的橋樑。以下是所需的關鍵端點：

一個。 用戶註冊

允許新用戶註冊：

• 端點：POST /api/users/register
• 請求：使用者詳細資料（姓名、電子郵件、密碼）
• 回覆：用戶註冊確認

b. 使用者登入

對使用者進行身份驗證並提供 JWT 令牌：

• 端點：POST /api/users/login
• 請求：使用者憑證（電子郵件、密碼）
• 回應：用於身份驗證的 JWT 令牌

c. 建立插槽

允許管理員或授權使用者建立槽：

• 端點：POST /api/slots/create
• 請求：時段開始與結束時間
• 回應：確認插槽建立

d. 書位

允許用戶預訂可用時段：

• 端點：POST /api/slots/book/:id
• 請求：標頭中的 JWT 令牌，URL 中的插槽 ID
• 回應：時段預訂確認或錯誤（例如，如果時段已預訂）

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3.Redis分散式鎖的工作原理

併發是預訂系統面臨的最大挑戰。當多個用戶嘗試同時預訂同一個時段時，Redis 會以其分散式鎖定功能來救援。

使用Redis鎖定的預約流程

1. 鎖定取得:

   • 當使用者嘗試預訂插槽時，系統會嘗試使用 SET lock_key NX EX 10 指令在 Redis 中取得鎖定。
   • NX（如果不存在則設定）確保僅在鎖尚不存在時建立鎖，而 EX 10 確保鎖定在 10 秒後過期（防止死鎖）。
   • 如果已經取得了鎖，系統會返回 423 Locked 狀態，通知用戶該插槽已被其他人預訂。

2. 插槽可用性檢查：

   • 如果成功取得鎖定，則會查詢 MongoDB 以檢查該插槽是否仍然可用（即未預訂）。
   • 如果空位可用，系統會將空位的狀態更新為已預訂，並將 bookingBy 欄位設定為目前使用者的 ID。

3. 鎖定釋放：

   • 一旦預訂程序完成，或發生錯誤，系統會透過使用 DEL lock_key 指令刪除 Redis 金鑰來釋放鎖定。

使用 Redis 鎖預訂插槽的範例程式碼：

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. 預訂系統中的錯誤處理

優雅地處理錯誤是任何健壯系統的重要組成部分。以下是系統處理的一些錯誤：

• 400 Bad Request：當輸入資料無效時。
• 404 Not Found：當未找到要求的插槽或使用者。
• 423 已鎖定：當某個時段目前被其他使用者預訂時。
• 500 內部伺服器錯誤：任何意外錯誤，例如資料庫或 Redis 故障。

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5. 保護系統安全

安全至關重要，尤其是當用戶預訂資源時。以下是系統確保安全的方式：

• JWT 驗證：每個插槽預訂請求都需要有效的 JWT 令牌，確保只有經過驗證的使用者才能存取系統。
• 資料驗證：每一步都會驗證輸入數據，以防止處理無效或惡意資料。
• 鎖定過期：Redis 鎖有一個內建的過期時間（10 秒），以防止預訂過程中途失敗時發生死鎖。

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6. 可擴展性考量因素

系統在建置時考慮到了可擴展性。隨著需求的增加，以下策略可確保順利營運：

• 用於並發的 Redis：Redis 鎖定確保即使應用程式的多個實例正在運行，也可以避免競爭條件。
• Redis Clustering：如果系統顯著成長，可以使用Redis Clustering將負載分佈到多個Redis節點上，從而提高效能。

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結論

建立可擴展且可靠的老虎機預訂系統需要仔細考慮並發性、資料完整性和安全性。透過使用Redis分散式鎖定，我們可以確保沒有兩個用戶同時預訂同一個時段，從而消除競爭條件。此外，透過利用MongoDB進行資料持久化和JWT進行身份驗證，該系統是安全、可擴展且高效的。

無論您是為會議室、活動或任何其他有時間限制的資源設計預訂系統，此架構都為在重負載下可靠地管理預訂提供了堅實的基礎。

以上是使用 Redis 分散式鎖建立可擴展的插槽預訂系統的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！