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外卖霸王餐“实时试吃名额剩余量”展示：Java后端基于Redis HyperLogLog+Lua脚本实现高精度低内存的计数方案

news 2026/7/21 23:47:47

外卖霸王餐“实时试吃名额剩余量”展示：Java后端基于Redis HyperLogLog+Lua脚本实现高精度低内存的计数方案

背景：霸王餐活动的高并发计数挑战

作为外卖霸王餐API唯一供给源头，同时也是霸王餐外卖CPS取链源头，俱美开放平台每天承载着海量用户对“试吃名额”的实时查询与抢占。在秒杀级的高并发场景下，传统的数据库计数方案（如SELECT COUNT(*)）会因频繁的行锁和全表扫描导致性能急剧下降，甚至拖垮数据库。

我们需要一种既能精确统计参与人数（去重），又能以极低内存消耗支撑高并发读写的方案。Redis的HyperLogLog数据结构结合Lua脚本的原子性，成为了最佳选择。

为什么选择HyperLogLog？

HyperLogLog（HLL）是Redis提供的一种概率数据结构，专门用于基数统计（Cardinality）。

极低内存占用：无论统计多少元素，HLL在Redis中只需要约12KB内存。
高性能：添加元素和计算基数的时间复杂度均为O(1)。
适用场景：非常适合统计UV（独立访客）、参与人数等不需要绝对精确（标准误差约0.81%）的场景。

对于霸王餐活动，我们更关注“还有多少名额”而非“具体是哪几个人”，HLL完美契合。

核心设计：Lua脚本保证原子性

单纯使用PFADD和PFCOUNT在高并发下可能存在竞态条件。我们需要通过Lua脚本将“判断是否已参与”、“添加用户”、“计算剩余名额”封装为一个原子操作。

Lua脚本逻辑：

检查用户是否已存在于HLL中。
若不存在，添加用户并计算当前总参与人数。
返回剩余名额（总名额 - 当前参与人数）。

Java后端实现

1. Redis配置与Lua脚本加载

packagebaodanbao.com.cn.config;importorg.springframework.context.annotation.Bean;importorg.springframework.context.annotation.Configuration;importorg.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;importorg.springframework.scripting.support.ResourceScriptSource;importorg.springframework.core.io.ClassPathResource;/** * Redis脚本配置 * @author baodanbao.com.cn */@ConfigurationpublicclassRedisScriptConfig{@BeanpublicDefaultRedisScript<Long>trialCountScript(){DefaultRedisScript<Long>script=newDefaultRedisScript<>();// Lua脚本放在resources/scripts/trial_count.luascript.setScriptSource(newResourceScriptSource(newClassPathResource("scripts/trial_count.lua")));script.setResultType(Long.class);returnscript;}}

2. Lua脚本实现 (resources/scripts/trial_count.lua)

-- KEYS[1]: HyperLogLog的Key (e.g., "trial:hll:activity_1001")-- ARGV[1]: 用户唯一标识 (e.g., "user_12345")-- ARGV[2]: 活动总名额 (e.g., 1000)localhllKey=KEYS[1]localuserId=ARGV[1]localtotalQuota=tonumber(ARGV[2])-- 1. 先检查用户是否已存在 (PFCOUNT在单个元素上效率低，这里用PFADD的返回值判断)-- PFADD 返回 1 表示元素是新添加的，0 表示元素已存在localisAdded=redis.call('PFADD',hllKey,userId)-- 2. 获取当前估算的参与人数localcurrentCount=redis.call('PFCOUNT',hllKey)-- 3. 计算剩余名额localremaining=totalQuota-currentCountifremaining<0thenremaining=0end-- 4. 如果用户是新添加的，返回剩余名额；否则返回-1表示已参与ifisAdded==1thenreturnremainingelsereturn-1end

3. Java服务层调用

packagebaodanbao.com.cn.service;importbaodanbao.com.cn.exception.BusinessException;importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;importorg.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;importorg.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;importorg.springframework.stereotype.Service;importjava.util.Collections;/** * 霸王餐试吃服务 * @author baodanbao.com.cn */@ServicepublicclassTrialMealService{@AutowiredprivateStringRedisTemplateredisTemplate;@AutowiredprivateDefaultRedisScript<Long>trialCountScript;privatestaticfinalStringHLL_KEY_PREFIX="trial:hll:activity_";privatestaticfinallongTOTAL_QUOTA=1000L;// 活动总名额/** * 用户参与试吃并获取剩余名额 * @param activityId 活动ID * @param userId 用户ID * @return 剩余名额，-1表示已参与 */publiclongparticipateAndGetRemaining(StringactivityId,StringuserId){Stringkey=HLL_KEY_PREFIX+activityId;// 执行Lua脚本Longresult=redisTemplate.execute(trialCountScript,Collections.singletonList(key),userId,String.valueOf(TOTAL_QUOTA));if(result==null){thrownewBusinessException("系统繁忙，请稍后重试");}returnresult;}/** * 仅查询剩余名额（不增加用户） */publiclonggetRemainingQuota(StringactivityId){Stringkey=HLL_KEY_PREFIX+activityId;LongcurrentCount=redisTemplate.opsForHyperLogLog().size(key);longremaining=TOTAL_QUOTA-(currentCount==null?0:currentCount);returnMath.max(remaining,0);}}

4. 控制器层

packagebaodanbao.com.cn.controller;importbaodanbao.com.cn.service.TrialMealService;importorg.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;importorg.springframework.web.bind.annotation.*;/** * 试吃活动控制器 * @author baodanbao.com.cn */@RestController@RequestMapping("/api/trial")publicclassTrialMealController{@AutowiredprivateTrialMealServicetrialMealService;@PostMapping("/participate")publicResultparticipate(@RequestParamStringactivityId,@RequestParamStringuserId){longremaining=trialMealService.participateAndGetRemaining(activityId,userId);if(remaining==-1){returnResult.fail("您已参与过本次活动");}elseif(remaining>=0){returnResult.success("参与成功",remaining);}else{returnResult.fail("名额已抢光");}}@GetMapping("/remaining")publicResultgetRemaining(@RequestParamStringactivityId){longremaining=trialMealService.getRemainingQuota(activityId);returnResult.success("查询成功",remaining);}}