FastAPI秒殺庫存總變負數？Redis分佈式鎖能幫你守住底線嗎详情 - fastapi,django,flask,python,後端風流倜儻的傷痕日志

url: /posts/65ce343cc5df9faf3a8e2eeaab42ae45/
title: FastAPI秒殺庫存總變負數？Redis分佈式鎖能幫你守住底線嗎
date: 2025-09-17T03:43:34+08:00
lastmod: 2025-09-17T03:43:34+08:00
author: cmdragon

summary:
分佈式鎖在FastAPI中用於解決多實例併發訪問共享資源時的數據一致性問題。其核心原理包括互斥性、安全性、可用性和容錯性，常用Redis分佈式鎖實現。Redlock算法通過多節點投票確保鎖的可靠性。FastAPI中通過aioredis實現異步分佈式鎖，支持鎖的獲取、釋放和續約。測試策略覆蓋單實例、多實例併發及鎖超時等場景，確保鎖的正確性和穩定性。

categories:

fastapi

tags:

FastAPI

分佈式鎖
Redis
異步編程
Redlock算法
併發控制
測試策略

掃描二維碼關注或者微信搜一搜：編程智域前端至全棧交流與成長

發現1000+提升效率與開發的AI工具和實用程序：https://tools.cmdragon.cn/

一、分佈式鎖在FastAPI中的作用與原理

1.1 為什麼需要分佈式鎖？

想象一個場景：你做了個FastAPI秒殺接口，商品庫存只有1件。如果同時有100個請求打進來，單實例FastAPI能用asyncio.Lock（本地鎖）保證同一時間只有一個請求處理庫存。但如果部署了3個FastAPI實例（多進程/多機器），本地鎖就失效了——每個實例都有自己的鎖，100個請求會同時衝進3個實例，導致庫存變成-99，徹底亂套。

分佈式鎖的本質：給跨進程、跨機器的資源競爭“上全局鎖”，不管多少個FastAPI實例，同一時間只有一個請求能拿到鎖，確保數據一致。

1.2 分佈式鎖的核心原理

分佈式鎖要滿足4個核心要求：

互斥性：同一時間只有一個請求能拿到鎖；
安全性：不能讓A的鎖被B釋放；
可用性：Redis掛了一個節點，還能正常用；
容錯性：持有鎖的進程崩潰，鎖要能自動釋放。

FastAPI裏最常用的是Redis分佈式鎖（輕量、性能高），底層用Redlock算法（解決Redis單點故障問題）。測試環境可以簡化成單Redis節點，生產環境建議用3-5個節點。

1.3 Redlock算法簡化理解

Redlock是“多節點投票制”：

向5個Redis節點發“鎖請求”；
超過3個節點同意（半數以上），就算拿到鎖；
計算總耗時，如果比鎖超時時間短，鎖有效；
否則，把所有節點的鎖都刪了，重新來。

測試環境不用這麼複雜——先拿單Redis節點練手，生產再擴展。

二、FastAPI中分佈式鎖的實現

2.1 依賴準備與配置

首先裝依賴：

pip install fastapi==0.109 aioredis==2.0.1 pydantic==2.5.3 pytest-asyncio==0.23.2

用pydantic寫個配置類（統一管理Redis連接參數）：

# lock_config.py
from pydantic import BaseModel, Field

class RedisLockConfig(BaseModel):
    redis_url: str = Field(default="redis://localhost:6379", description="Redis連接地址")
    lock_prefix: str = Field(default="dist_lock:", description="鎖鍵前綴，避免key衝突")
    timeout: int = Field(default=10, description="鎖超時時間（秒），防止死鎖")
    renew_interval: int = Field(default=3, description="鎖續約間隔（秒），防止業務超時")

2.2 異步分佈式鎖實現（aioredis）

因為FastAPI是異步的，必須用aioredis（異步Redis客户端）。寫個RedisDistributedLock類，封裝鎖的獲取、釋放、續約：

# distributed_lock.py
from aioredis import Redis, RedisError
from pydantic import BaseModel
import uuid
import asyncio

class RedisDistributedLock:
    def __init__(self, config: RedisLockConfig):
        self.config = config
        self.redis: Redis | None = None  # Redis客户端實例
        self.lock_key: str | None = None  # 當前鎖的key
        self.lock_value: str | None = None  # 唯一標識（防誤刪別人的鎖）
        self.renew_task: asyncio.Task | None = None  # 鎖續約任務

    # 異步上下文管理器：自動連接/斷開Redis
    async def __aenter__(self) -> "RedisDistributedLock":
        await self._connect()
        return self

    async def __aexit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        await self.release()
        await self._disconnect()

    # 連接Redis
    async def _connect(self):
        if not self.redis:
            self.redis = await Redis.from_url(self.config.redis_url)

    # 斷開Redis連接
    async def _disconnect(self):
        if self.redis:
            await self.redis.close()
            await self.redis.wait_closed()
            self.redis = None

    # 獲取鎖：原子操作（SETNX + EX）
    async def acquire(self, lock_name: str) -> bool:
        self.lock_key = f"{self.config.lock_prefix}{lock_name}"
        self.lock_value = str(uuid.uuid4())  # 生成唯一值，防誤刪

        try:
            # SET key value NX（不存在才設置） EX（過期時間）
            success = await self.redis.set(
                self.lock_key, self.lock_value,
                nx=True,
                ex=self.config.timeout
            )
        except RedisError as e:
            print(f"獲取鎖失敗: {e}")
            return False

        if success:
            # 啓動鎖續約任務（防止業務超時）
            self.renew_task = asyncio.create_task(self._renew_lock())
            return True
        return False

    # 鎖續約：用Lua腳本原子驗證+續期
    async def _renew_lock(self):
        while self.lock_key and self.lock_value:
            try:
                # Lua腳本：如果鎖是自己的，就續期
                script = """
                    if redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1] then
                        return redis.call('EXPIRE', KEYS[1], ARGV[2])
                    else
                        return 0
                    end
                """
                # 執行腳本：KEYS是鎖key，ARGV是鎖值+超時時間
                result = await self.redis.eval(
                    script,
                    keys=[self.lock_key],
                    args=[self.lock_value, self.config.timeout]
                )
                if result == 0:  # 續約失敗（鎖不是自己的）
                    break
            except Exception as e:
                print(f"續約失敗: {e}")
                break
            await asyncio.sleep(self.config.renew_interval)  # 每隔3秒續一次

    # 釋放鎖：用Lua腳本原子驗證+刪除
    async def release(self):
        # 先取消續約任務
        if self.renew_task:
            self.renew_task.cancel()
            try:
                await self.renew_task
            except asyncio.CancelledError:
                pass

        if self.lock_key and self.lock_value and self.redis:
            try:
                # Lua腳本：只有鎖是自己的，才刪除
                script = """
                    if redis.call('GET', KEYS[1]) == ARGV[1] then
                        return redis.call('DEL', KEYS[1])
                    else
                        return 0
                    end
                """
                await self.redis.eval(
                    script,
                    keys=[self.lock_key],
                    args=[self.lock_value]
                )
            except RedisError as e:
                print(f"釋放鎖失敗: {e}")

        # 重置狀態
        self.lock_key = None
        self.lock_value = None

2.3 FastAPI路由中使用鎖（依賴注入）

把鎖封裝成依賴，方便路由調用：

# main.py
from fastapi import FastAPI, Depends, HTTPException
from pydantic import BaseModel
from lock_config import RedisLockConfig
from distributed_lock import RedisDistributedLock
import asyncio

app = FastAPI()

# 1. 配置依賴（讀取Redis連接參數）
async def get_lock_config() -> RedisLockConfig:
    return RedisLockConfig()  # 實際項目可以從環境變量讀，比如os.getenv("REDIS_URL")

# 2. 鎖依賴：用異步生成器管理生命週期
async def get_distributed_lock(
    config: RedisLockConfig = Depends(get_lock_config)
) -> RedisDistributedLock:
    async with RedisDistributedLock(config) as lock:
        yield lock

# 模擬庫存（實際用數據庫）
fake_inventory = {"iphone15": 1}

# 3. 秒殺接口（用鎖保護庫存扣減）
@app.post("/seckill/{product_id}")
async def seckill(
    product_id: str,
    lock: RedisDistributedLock = Depends(get_distributed_lock)
):
    # 先拿鎖，拿不到返回429（請求過多）
    if not await lock.acquire(lock_name=product_id):
        raise HTTPException(status_code=429, detail="搶的人太多啦，再試一次～")

    try:
        # 業務邏輯：扣減庫存
        if fake_inventory.get(product_id, 0) <= 0:
            raise HTTPException(status_code=400, detail="手慢了，商品已售罄！")
        fake_inventory[product_id] -= 1
        return {"msg": "秒殺成功！", "剩餘庫存": fake_inventory[product_id]}
    finally:
        # 不管成功失敗，都釋放鎖（重要！）
        await lock.release()

三、分佈式鎖的測試策略與用例設計

3.1 要測什麼？

分佈式鎖的測試要覆蓋正常場景和異常場景：

單實例併發：同一FastAPI實例下，多個請求搶鎖；
多實例併發：啓動多個FastAPI實例（比如用uvicorn main:app --port 8000和--port 8001），用Postman批量發請求；
鎖超時：持有鎖的進程超時，鎖自動釋放；
異常崩潰：持有鎖的進程突然死掉，鎖是否自動釋放；
鎖續約：業務邏輯超時，續約是否成功。

3.2 異步測試用例（pytest-asyncio）

用pytest-asyncio寫異步測試，示例：

# test_seckill.py
import pytest
from httpx import AsyncClient
from main import app, fake_inventory
import asyncio

# 1. 測試客户端 fixture
@pytest.fixture(scope="module")
async def client():
    async with AsyncClient(app=app, base_url="http://test") as client:
        yield client

# 2. 重置庫存 fixture（每個測試前重置）
@pytest.fixture(autouse=True)
def reset_inv():
    fake_inventory["iphone15"] = 1
    yield

# 3. 測試1：單請求秒殺成功
@pytest.mark.asyncio
async def test_seckill_success(client: AsyncClient):
    resp = await client.post("/seckill/iphone15")
    assert resp.status_code == 200
    assert resp.json() == {"msg": "秒殺成功！", "剩餘庫存": 0}

# 4. 測試2：併發請求，只有1個成功
@pytest.mark.asyncio
async def test_seckill_concurrent(client: AsyncClient):
    # 定義併發請求函數
    async def send_req():
        resp = await client.post("/seckill/iphone15")
        return resp.status_code, resp.json()

    # 發5個併發請求
    tasks = [send_req() for _ in range(5)]
    results = await asyncio.gather(*tasks)

    # 統計結果：1個200（成功），4個429/400（失敗）
    success = sum(1 for status, _ in results if status == 200)
    assert success == 1

# 5. 測試3：鎖超時後釋放
@pytest.mark.asyncio
async def test_lock_timeout(client: AsyncClient):
    fake_inventory["iphone15"] = 2  # 庫存改成2，方便測試

    # 模擬一個持有鎖超時的進程
    async def hold_lock():
        async with RedisDistributedLock(RedisLockConfig(timeout=2)) as lock:
            await lock.acquire("iphone15")
            await asyncio.sleep(3)  # 超過鎖超時時間（2秒）

    # 先啓動hold_lock，1秒後發秒殺請求
    task = asyncio.create_task(hold_lock())
    await asyncio.sleep(1)
    resp = await client.post("/seckill/iphone15")
    await task

    # 驗證：鎖超時釋放，請求成功
    assert resp.status_code == 200
    assert fake_inventory["iphone15"] == 1

運行測試：

pytest test_seckill.py -v

四、課後Quiz：鞏固知識

問題1：為什麼FastAPI異步應用要用aioredis而不是redis-py？

答案解析：
redis-py是同步庫，會阻塞FastAPI的事件循環（相當於“堵住了水管”），導致所有請求變慢。而aioredis是異步庫，能和FastAPI的異步機制完美配合，不會阻塞，性能更高。

問題2：鎖的“超時時間”設太短或太長有什麼問題？

答案解析：

設太短：如果業務邏輯沒處理完，鎖就自動釋放了，其他請求會拿到鎖，導致數據衝突（比如庫存變成負數）；
設太長：如果持有鎖的進程崩潰，鎖要等很久才釋放，其他請求一直拿不到鎖，導致假死鎖（系統像“卡住了”）。

五、常見報錯與解決

報錯1：aioredis.exceptions.ConnectionClosedError

原因：Redis沒啓動，或者連接URL錯了（比如端口不是6379）。
解決：

檢查Redis是否在運行：redis-cli ping（返回PONG就對了）；
驗證RedisLockConfig裏的redis_url是否正確（比如redis://localhost:6379）；
增加連接超時時間：Redis.from_url(redis_url, timeout=10)。

報錯2：HTTP 429 Too Many Requests

原因：併發請求太多，鎖被佔了。
解決：

優化業務邏輯，縮短鎖的持有時間（比如把非核心邏輯移到鎖外面）；
用隊列限流（比如Redis隊列，把請求排成隊，一個一個處理）；
返回友好提示（比如“再試一次”）。

報錯3：鎖釋放失敗（Lua腳本返回0）

原因：鎖已經被其他進程釋放了（比如超時），或者鎖值不對。
解決：

確保release方法在finally塊裏（不管成功失敗都釋放）；
檢查鎖的timeout設置，不要太短；
用唯一鎖值（uuid），避免釋放別人的鎖。

六、實戰運行步驟

啓動Redis：redis-server（Windows用redis-server.exe）；
啓動FastAPI：uvicorn main:app --reload；
測試接口：用Postman發POST http://localhost:8000/seckill/iphone15，看返回結果；
運行測試：pytest test_seckill.py -v。

餘下文章內容請點擊跳轉至個人博客頁面或者掃碼關注或者微信搜一搜：編程智域前端至全棧交流與成長，閲讀完整的文章：FastAPI秒殺庫存總變負數？Redis分佈式鎖能幫你守住底線嗎

<details>
<summary>往期文章歸檔</summary>

FastAPI的CI流水線怎麼自動測端點，還能讓Allure報告美到犯規？ - cmdragon's Blog
如何用GitHub Actions為FastAPI項目打造自動化測試流水線？ - cmdragon's Blog
如何用Git Hook和CI流水線為FastAPI項目保駕護航？ - cmdragon's Blog
FastAPI如何用契約測試確保API的「菜單」與「菜品」一致？
為什麼TDD能讓你的FastAPI開發飛起來？ - cmdragon's Blog

如何用FastAPI玩轉多模塊測試與異步任務，讓代碼不再“鬧脾氣”？ - cmdragon's Blog
如何在FastAPI中玩轉“時光倒流”的數據庫事務回滾測試？
如何在FastAPI中優雅地模擬多模塊集成測試？ - cmdragon's Blog
多環境配置切換機制能否讓開發與生產無縫銜接？ - cmdragon's Blog
如何在 FastAPI 中巧妙覆蓋依賴注入並攔截第三方服務調用？ - cmdragon's Blog
為什麼你的單元測試需要Mock數據庫才能飛起來？ - cmdragon's Blog
如何在FastAPI中巧妙隔離依賴項，讓單元測試不再頭疼？ - cmdragon's Blog
如何在FastAPI中巧妙隔離依賴項，讓單元測試不再頭疼？ - cmdragon's Blog
測試覆蓋率不夠高？這些技巧讓你的FastAPI測試無懈可擊！ - cmdragon's Blog
為什麼你的FastAPI測試覆蓋率總是低得讓人想哭？ - cmdragon's Blog
如何讓FastAPI測試不再成為你的噩夢？ - cmdragon's Blog
FastAPI測試環境配置的秘訣，你真的掌握了嗎？ - cmdragon's Blog
全鏈路追蹤如何讓FastAPI微服務架構的每個請求都無所遁形？ - cmdragon's Blog
如何在API高併發中玩轉資源隔離與限流策略？ - cmdragon's Blog
任務分片執行模式如何讓你的FastAPI性能飆升？ - cmdragon's Blog
冷熱任務分離：是提升Web性能的終極秘籍還是技術噱頭？ - cmdragon's Blog
如何讓FastAPI在百萬級任務處理中依然遊刃有餘？ - cmdragon's Blog
如何讓FastAPI與消息隊列的聯姻既甜蜜又可靠？ - cmdragon's Blog
如何在FastAPI中巧妙實現延遲隊列，讓任務乖乖等待？ - cmdragon's Blog
FastAPI的死信隊列處理機制：為何你的消息系統需要它？ - cmdragon's Blog
如何讓FastAPI任務系統在失敗時自動告警並自我修復？ - cmdragon's Blog
如何用Prometheus和FastAPI打造任務監控的“火眼金睛”？ - cmdragon's Blog
如何用APScheduler和FastAPI打造永不宕機的分佈式定時任務系統？ - cmdragon's Blog
如何在 FastAPI 中玩轉 APScheduler，讓任務定時自動執行？ - cmdragon's Blog
定時任務系統如何讓你的Web應用自動完成那些煩人的重複工作？ - cmdragon's Blog
Celery任務監控的魔法背後藏着什麼秘密？ - cmdragon's Blog
如何讓Celery任務像VIP客户一樣享受優先待遇？ - cmdragon's Blog
如何讓你的FastAPI Celery Worker在壓力下優雅起舞？ - cmdragon's Blog
FastAPI與Celery的完美邂逅，如何讓異步任務飛起來？ - cmdragon's Blog
FastAPI消息持久化與ACK機制：如何確保你的任務永不迷路？ - cmdragon's Blog
FastAPI的BackgroundTasks如何玩轉生產者-消費者模式？ - cmdragon's Blog
BackgroundTasks 還是 RabbitMQ？你的異步任務到底該選誰？ - cmdragon's Blog

</details>

<details>
<summary>免費好用的熱門在線工具</summary>

歌詞生成工具 - 應用商店 | By cmdragon
網盤資源聚合搜索 - 應用商店 | By cmdragon
ASCII字符畫生成器 - 應用商店 | By cmdragon
JSON Web Tokens 工具 - 應用商店 | By cmdragon
Bcrypt 密碼工具 - 應用商店 | By cmdragon
GIF 合成器 - 應用商店 | By cmdragon
GIF 分解器 - 應用商店 | By cmdragon
文本隱寫術 - 應用商店 | By cmdragon
CMDragon 在線工具 - 高級AI工具箱與開發者套件 | 免費好用的在線工具
應用商店 - 發現1000+提升效率與開發的AI工具和實用程序 | 免費好用的在線工具
CMDragon 更新日誌 - 最新更新、功能與改進 | 免費好用的在線工具
支持我們 - 成為贊助者 | 免費好用的在線工具
AI文本生成圖像 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
臨時郵箱 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
二維碼解析器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
文本轉思維導圖 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
正則表達式可視化工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
文件隱寫工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
IPTV 頻道探索器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
快傳 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
隨機抽獎工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
動漫場景查找器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
時間工具箱 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
網速測試 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
AI 智能摳圖工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
背景替換工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
藝術二維碼生成器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
Open Graph 元標籤生成器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
圖像對比工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
圖片壓縮專業版 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
密碼生成器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
SVG優化器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
調色板生成器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
在線節拍器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
IP歸屬地查詢 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
CSS網格佈局生成器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
郵箱驗證工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
書法練習字帖 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
金融計算器套件 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
中國親戚關係計算器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
Protocol Buffer 工具箱 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
IP歸屬地查詢 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
圖片無損放大 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
文本比較工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
IP批量查詢工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
域名查詢工具 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
DNS工具箱 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
網站圖標生成器 - 應用商店 | 免費好用的在線工具
XML Sitemap

</details>

風流倜儻的傷痕日志

@fengliudeshanghen

标签

後端 (618)

JAVA (556)

數據庫 (311)

Python (289)

MySQL (192)

php (185)

go (184)

redis (93)

postgresql (89)

nosql (49)

elasticsearch (48)

mongodb (41)

动态

FastAPI秒殺庫存總變負數？Redis分佈式鎖能幫你守住底線嗎 - 动态详情

一、分佈式鎖在FastAPI中的作用與原理

1.1 為什麼需要分佈式鎖？

1.2 分佈式鎖的核心原理

1.3 Redlock算法簡化理解

二、FastAPI中分佈式鎖的實現

2.1 依賴準備與配置

2.2 異步分佈式鎖實現（aioredis）

2.3 FastAPI路由中使用鎖（依賴注入）

三、分佈式鎖的測試策略與用例設計

3.1 要測什麼？

3.2 異步測試用例（pytest-asyncio）

四、課後Quiz：鞏固知識

問題1：為什麼FastAPI異步應用要用aioredis而不是redis-py？

問題2：鎖的“超時時間”設太短或太長有什麼問題？

五、常見報錯與解決

報錯1：aioredis.exceptions.ConnectionClosedError

報錯2：HTTP 429 Too Many Requests

報錯3：鎖釋放失敗（Lua腳本返回0）

六、實戰運行步驟

Add a new 评论

風流倜儻的傷痕 日志

@fengliudeshanghen

标签

後端 (618)

JAVA (556)

數據庫 (311)

Python (289)

MySQL (192)

php (185)

go (184)

redis (93)

postgresql (89)

nosql (49)

elasticsearch (48)

mongodb (41)

动态

FastAPI秒殺庫存總變負數？Redis分佈式鎖能幫你守住底線嗎 - 动态 详情

一、分佈式鎖在FastAPI中的作用與原理

1.1 為什麼需要分佈式鎖？

1.2 分佈式鎖的核心原理

1.3 Redlock算法簡化理解

二、FastAPI中分佈式鎖的實現

2.1 依賴準備與配置

2.2 異步分佈式鎖實現（aioredis）

2.3 FastAPI路由中使用鎖（依賴注入）

三、分佈式鎖的測試策略與用例設計

3.1 要測什麼？

3.2 異步測試用例（pytest-asyncio）

四、課後Quiz：鞏固知識

問題1：為什麼FastAPI異步應用要用aioredis而不是redis-py？

問題2：鎖的“超時時間”設太短或太長有什麼問題？

五、常見報錯與解決

報錯1：aioredis.exceptions.ConnectionClosedError

報錯2：HTTP 429 Too Many Requests

報錯3：鎖釋放失敗（Lua腳本返回0）

六、實戰運行步驟

Add a new 评论

風流倜儻的傷痕日志

FastAPI秒殺庫存總變負數？Redis分佈式鎖能幫你守住底線嗎 - 动态详情