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一文搞懂秒杀系统,欢迎参与开源,提交PR,提高竞争力。早日上岸,升职加薪。

2023-08-17 11:25

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前言

秒杀和高并发是面试的高频考点,也是我们做电商项目必知必会的场景。欢迎大家参与我们的开源项目,提交PR,提高竞争力。早日上岸,升职加薪。

知识点详解

秒杀系统架构图

秒杀流程图

秒杀系统设计

这篇文章一万多字,详细解答了大家在面试中经常被问到的秒杀问题,对做秒杀项目的朋友也应该有帮助。

欢迎大家交流讨论、点赞、收藏、转发。

本文除了结合我的项目经验、也感谢GoFrame作者强哥的帮助、我的好友苏三哥的帮助(公众号:苏三说技术)、以及机械工业出版社的**《Go语言高级开发与实战》** 的帮助。

文章中的图片会压缩,高清版思维导图可以关注我的公众号 程序员升职加薪之旅 ,回复:“秒杀” 领取。

1. 瞬时高并发

瞬时高并发是秒杀项目的典型问题,常规的架构设计和代码实现在一般活动中可以应对,但是却经受不住瞬时高并发的考验。

这也是为什么秒杀能成为一个面试高频考点。

本文从浅入深,先将业务再讲原理,先讲问题再将方案,先讲理论再上代码。

也欢迎大家加入我的 学习圈子,参与到我使用GoFrame开源的电商项目中,欢迎star:

https://github.com/wangzhongyang007/goframe-shop-v2

https://github.com/gogf/gf

秒杀业务的场景

  1. 预抢购业务:活动未正式开始前,先进行活动预约。在真正秒杀的时间点,很多数据都是预处理好的了,可以很大程度削减系统压力。比如:活动预约、订金预约、火车票预约等

  2. 分批抢购业务:分时段多场次抢购,比如我们熟悉的京东满减优惠券就是分场次开放的,整点抢购。

  3. 实时秒杀:这是最有难度的秒杀场景,比如双11晚上0点秒杀,在这个时间点前后会涌入高并发流量:频繁刷新页面、疯狂点击抢购按钮、甚至利用机器模拟请求。

下面就按照思维导图的顺序,为大家展开聊聊如何做好秒杀系统的设计?

2. 活动页面

活动页面是用户流量的第一入口,是并发量最大的地方。

如果这些流量都直接访问服务端,服务端会因为承受不住这么大的压力,而直接挂掉。

活动页面绝大多数内容是固定的,比如:商品名称、商品描述、图片等。

为了减少不必要的服务端请求,通常情况下,会对活动页面做静态化处理

因为用户浏览商品等常规操作,并不会请求到服务端。只有到了秒杀时间点,并且用户主动点了秒杀按钮才允许访问服务端。

CDN

更进一步,只做页面静态化还不够,因为用户分布在全国各地,有些人在北京,有些人在上海,有些人在深圳,地域相差很远,网速各不相同。

如何才能让用户最快访问到活动页面呢?

这就需要使用CDN,它的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络

使用户能够就近获取所需内容,提高用户访问活动页面的响应速度和命中率。

3 秒杀按钮

如果你也参与过秒杀活动,应该有这样的体会:因为担心错过秒杀时间,会提前进入活动页面,并且不断的刷新页面。

很多秒杀活动在活动开始前,秒杀按钮是置灰,不可点击的。只有到了秒杀时间点那一时刻,秒杀按钮才会自动点亮,变成可点击的。

往往在秒杀开始之前,很多用户已经迫不及待了,通过不停刷新页面,争取在第一时间看到秒杀按钮的点亮。

大家思考一个问题:这个活动页面是静态的,我们在静态页面中如何控制秒杀按钮,只在秒杀时间点时才点亮呢?

答案就是:使用js文件控制。

为了性能考虑,我们一般会将css、js和图片等静态资源文件提前缓存到CDN上,让用户能够就近访问秒杀页面。

更新CDN

我们还要考虑一个问题:CDN上的js文件要如何更新呢?

我们可以通过在js中设置标记的方式来设置按钮的状态,比如isBegin=true代表活动开始,isBegin=false代表活动未开始。

秒杀开始之前,js标志为false,秒杀活动开始时设置为true。为了达到这个效果,我们另外还需要一个随机参数用来主动刷新CDN。

当秒杀开始的时候系统会生成一个新的js文件,此时标志为true,并且随机参数生成一个新值,然后同步给CDN。由于有了这个随机参数,CDN不会缓存数据,每次都能从CDN中获取最新的js代码。

前端骚操作

除了使用CDN降低请求压力,前端还可以加一个定时器,控制请求频率,比如:10秒之内,只允许发起一次请求。

如果用户点击了一次秒杀按钮,则在10秒之内置灰,不允许再次点击,等到过了时间限制,又允许重新点击该按钮。

4 读多写少

秒杀是非常典型的“读多写少”场景。

在秒杀的过程中,系统一般会先查一下库存是否足够,如果库存充足才允许下单,写数据库。如果不够,则直接返回该商品已经抢完。

由于大量用户抢少量商品,只有极少部分用户能够抢成功,所以绝大部分用户在秒杀时,库存其实是不足的,系统会直接返回该商品已经抢完。

如果有数十万的请求过来,并发请求数据库查库存是否足够,此时数据库可能会挂掉。

因为数据库的连接资源非常有限,MySQL这类关系型数据库是无法同时支持这么多的连接。

那怎么办呢?

我们应该使用nosql缓存,比如:redis。

注意:即便用了redis,在高并发场景下也需要部署多个节点。

5 缓存

通常情况下,我们需要在redis中保存商品信息,包括:商品id、商品名称、规格属性、库存等信息,同时数据库中也要有相关信息,毕竟缓存并不完全可靠。

用户在点击秒杀按钮,请求秒杀接口的过程中,传入的商品id参数,服务端需要校验该商品是否合法。

大致流程如下图所示:

  1. 根据商品id,先从缓存中查询商品,如果商品存在,则参与秒杀。
  2. 如果不存在,则需要从数据库中查询商品:
  3. 如果存在,则将商品信息放入缓存,然后参与秒杀。
  4. 如果商品不存在,则直接提示失败。

这个过程表面上看起来是OK的,但是如果深入分析,会发现一些问题。

为了方便大家理解,也科普一下缓存常用问题:

5.1 缓存击穿

比如商品A第一次秒杀时,缓存中是没有数据的,但数据库中有。虽说上面有从数据库中查到数据,放入缓存的逻辑。

但是在高并发下,同一时刻会有大量的请求,都在秒杀同一件商品,这些请求同时去查缓存没有命中,然后又同时访问数据库。结果悲剧了,数据库可能扛不住压力,直接挂掉。

如何解决这个问题呢?

这就需要加锁,最好使用分布式锁,思路见下图:

预热

针对这种情况,我们最好在项目启动之前,先把缓存进行预热。

事先把参与秒杀的所有商品,同步到缓存中,这样商品基本都能直接从缓存中获取到,就不会出现缓存击穿的问题了。

是不是上面加锁这一步可以不需要了?

双保险

表面上看起来,确实可以不需要。但是真实环境是比较复杂的,我们要考虑到意外情况,比如:

  1. 缓存中设置的过期时间不对,缓存提前过期了
  2. 或者缓存被不小心删除了
  3. 或者缓存设置的时间过短,在秒杀活动结束前同时到期了

如果不加锁,上面这些情况很可能出现缓存击穿的问题。

活动数据预缓存+分布式锁,相当于上了双保险。

5.2 缓存穿透

如果有大量的请求传入商品id,并且在缓存和数据库中都不存在,这些请求就都会穿透过缓存,而直接访问数据库了。这就是典型的缓存穿透

如果没有加锁的话很可能造成服务不可用。

由于前面已经加了锁,所以即使这里的并发量很大,也不会导致数据库直接挂掉。但很显然这些请求的处理性能并不好。

有没有更好的解决方案?

布隆过滤器你值得拥有

简单来说,布隆过滤器(BloomFilter)是一种数据结构。特点是存在性检测如果布隆过滤器中不存在,那么实际数据一定不存在;如果布隆过滤器中存在,实际数据不一定存在。相比于传统数据结构(如:List、Set、Map等)来说,它更高效,占用空间更少。缺点是它对于存在的判断是具有概率性。

引入布隆过滤器后的流程如下:

  1. 系统根据商品id,先从布隆过滤器中查询该id是否存在
  2. 如果存在则允许从缓存中查询数据
  3. 如果不存在,则直接返回失败。

数据一致性

虽说该方案可以解决缓存穿透问题,但是又会引出另外一个问题:布隆过滤器中的数据如何跟缓存中的数据保持一致?

这就要求,如果缓存中数据有更新,就要及时同步到布隆过滤器中。

如果数据同步失败了,还需要增加重试机制,而且跨数据源,能保证数据的实时一致性吗?

显然是不能的。

应用场景

布隆过滤器建议使用在缓存数据更新很少的场景中。

如果缓存数据更新非常频繁,又该如何处理呢?

巧妙的设计

我们可以把不存在的商品id也缓存起来。

下次,再有该商品id的请求过来,则也能从缓存中查到数据,只不过该数据比较特殊,表示商品不存在。 需要特别注意的是,这种特殊缓存设置的超时时间应该尽量短一点。

6 库存问题

秒杀场景中的库存问题是比较复杂的,可不是简单的库存减1就ok了~

真正的秒杀场景,不是说扣完库存,就完事了。如果用户在一段时间内,还没完成支付,扣减的库存是要加回去的。

预扣库存

在这里为大家介绍预扣库存的概念,预扣库存的主要流程如下:

扣减库存中除了上面说到的 预扣库存回退库存 之外,还需要特别注意的是 库存不足库存超卖 问题。

下面逐个为大家解释:

6.1 数据库扣减库存

使用数据库扣减库存,是最简单的实现方案了,假设扣减库存的update sql如下:

update product set stock=stock-1 where id=123;

这种写法对于扣减库存是没有问题的,但如何控制库存不足的情况下,不让用户操作呢?

这就需要在update之前,先查一下库存是否足够了。

伪代码如下:

int stock = product.getStockById(123);if(stock > 0) {  int count = product.updateStock(123);  if(count > 0) {    addOrder(123);  }}

大家有没有发现这段代码的问题?

问题就是查询操作和更新操作不是原子性的,会导致在并发的场景下,出现库存超卖的情况。

有些同学可能会说:这简单,加把锁不就搞定了。

确实可以,但是性能不够好,我们做秒杀一定要考虑高并发,考虑到性能问题。

优雅的方案

优雅的处理方案:基于数据库的乐观锁,这样会少一次数据库查询,而且能够天然的保证数据操作的原子性。

只需将上面的sql稍微调整一下:

update product set stock=stock-1 where id=product_id and stock > 0;

在sql最后加上:stock > 0,就能保证不会出现超卖的情况。

进一步思考:

我们都知道数据库连接是非常昂贵的资源,在高并发的场景下,可能会造成系统雪崩。而且,容易出现多个请求,同时竞争行锁的情况,造成相互等待,从而出现死锁的问题。

除了上述方案有没有更好的办法呢?

当然有了,nosql要比关系型数据库性能好很多,我们可以使用redis扣减库存:

6.2 redis扣减库存

redis的incr方法是原子性的,可以用该方法扣减库存。伪代码如下:

boolean exist = redisClient.query(productId,userId);  if(exist) {    return -1;  }  int stock = redisClient.queryStock(productId);  if(stock <=0) {    return 0;  }    redisClient.incrby(productId, -1);  redisClient.add(productId,userId);  return 1;

代码流程如下:

  1. 先判断该用户有没有秒杀过该商品,如果已经秒杀过,则直接返回-1。
  2. 查询库存,如果库存小于等于0,则直接返回0,表示库存不足。
  3. 如果库存充足,则扣减库存,然后将本次秒杀记录保存起来。然后返回1,表示成功。

估计很多小伙伴,一开始都会按这样的思路写代码。

但仔细想想会发现,这段代码也有问题。有什么问题呢?

如果在高并发下,有多个请求同时查询库存,当时都大于0。由于查询库存和更新库存非原则操作,则会出现库存为负数的情况,即库存超卖。

其实解决这个问题也很简单,我们回忆一下上面数据库扣减库存的原子操作,redis扣减库存同样适用这个思路,为了解决上面的问题,代码优化如下:

boolean exist = redisClient.queryJoined(productId,userId);if(exist) {  return -1;}if(redisClient.incrby(productId, -1)<0) {  return 0;}redisClient.add(productId,userId);return 1;

该代码主要流程如下:

  1. 先判断该用户有没有秒杀过该商品,如果已经秒杀过,则直接返回-1。
  2. 扣减库存,判断返回值是否小于0,如果小于0,则直接返回0,表示库存不足。
  3. 如果扣减库存后,返回值大于或等于0,则将本次秒杀记录保存起来。然后返回1,表示成功。

这个方案已经比较优雅了,但是还不够好。

如果在高并发场景中,有多个请求同时扣减库存,大多数请求的incrby操作之后,结果都会小于0。

虽说,库存出现负数,不会出现超卖的问题。但由于这里是预减库存,如果负数值负的太多的话,后面万一要回退库存时,就会导致库存不准。

那么,有没有更好的方案呢?

6.3 Lua脚本扣减库存

Redis在2.6版本推出了 Lua 脚本功能,允许开发者使用Lua语言编写脚本传到Redis中执行。

使用Lua脚本的好处如下:

  1. 减少网络开销:可以将多个请求通过脚本的形式一次发送,减少网络时延
  2. 原子操作:redis会将整个脚本作为一个整体执行,中间不会被其他请求插入。因此在脚本执行过程中无需担心会出现竞态条件,无需使用事务
  3. 复用:客户端发送的脚本会永久存在redis中,这样其他客户端可以复用这一脚本,而不需要使用代码完成相同的逻辑

Go语言要执行lua脚本也是很简单的,有很多依赖库可以使用:

上述lua代码的流程如下:

  1. 先判断商品id是否存在,如果不存在则直接返回。
  2. 获取该商品id的库存,判断库存如果是-1,则直接返回,表示不限制库存。
  3. 如果库存大于0,则扣减库存。
  4. 如果库存等于0,是直接返回,表示库存不足。

7 分布式锁

上文咱们提到过,秒杀的数据获取流程:

  1. 需要先从缓存中查商品是否存在
  2. 如果不存在,则会从数据库中查商品
  3. 如果数据库存在,则将该商品放入缓存中,然后返回
  4. 如果数据库中没有,则直接返回失败。

大家试想一下,如果在高并发下,有大量的请求都去查一个缓存中不存在的商品,这些请求都会直接打到数据库。数据库由于承受不住压力,而直接挂掉。

那么如何解决这个问题呢?

这就需要用redis分布式锁了。

下面带着大家详解一下分布式锁

7.1 setNx加锁

使用redis的分布式锁,首先想到的是setNx命令。

Redis Setnx(SET if Not eXists) 命令在指定的 key 不存在时,为 key 设置指定的值。

if (redis.setnx(lockKey, val) == 1) {   redis.expire(lockKey, timeout);}

用该命令可以加锁,但和后面的设置超时时间是分开的,并非原子操作。

假如加锁成功了,但是设置超时时间失败了,该lockKey就变成永不失效的了。在高并发场景中,该问题会导致非常严重的后果。

那么,有没有保证原子性的加锁命令呢?

7.2 set加锁

使用redis的set命令,它可以指定多个参数。

result,err := redis.set(lockKey, requestId, "NX", "PX", expireTime);if err!=nil{  panic(err)}if ("OK".equals(result)) {    return true;}return false;

其中:

  1. lockKey:锁的标识
  2. requestId:请求id
  3. NX:只在键不存在时,才对键进行设置操作。
  4. PX:设置键的过期时间为 millisecond 毫秒。
  5. expireTime:过期时间

由于该命令只有一步,所以它是原子操作。

7.3 释放锁

细心的小伙伴可能注意到了一个问题:在加锁时,既然已经有了lockKey锁标识,为什么还需要记录requestId呢?

答:requestId是在释放锁的时候用的。

if (redis.get(lockKey).equals(requestId)) {    redis.del(lockKey);    return true;}return false;

在释放锁的时候,只能释放本次请求加的锁,不允许释放其他请求加的锁。

这里为什么要用requestId,用userId不行吗?

如果用userId的话,假设本次请求流程走完了,准备删除锁。此时,巧合另外一个请求使用相同的userId加锁成功。而本次请求删除锁的时候,删除的其实是本应该加锁成功的锁(新的请求的锁),所以不我们不能以userId为加锁标识,而应该用每次的requestId为加锁标识。

当然使用lua脚本也能避免该问题,它能保证原子操作:查询锁是否存在和删除锁具有原子性。

if redis.call('get', KEYS[1]) == ARGV[1] then  return redis.call('del', KEYS[1]) else   return 0 end

7.4 自旋锁

上面的加锁方法看起来好像没有问题,但如果你仔细想想,如果有1万个请求同时去竞争那把锁,可能只有一个请求是成功的,其余的9999个请求都会失败。

在秒杀场景下,会有什么问题?

答:每1万个请求,有1个成功。再1万个请求,有1个成功。如此下去,直到库存不足。这就变成均匀分布的秒杀了,跟我们想象中的不一样。

如何解决这个问题呢?

其实也很简单:使用自旋锁即可

自旋锁的思路如下:

  1. 在规定的时间,比如500毫秒内,自旋不断尝试加锁
  2. 如果成功则直接返回
  3. 如果失败,则休眠50毫秒,再发起新一轮的尝试。
  4. 如果到了超时时间,还未加锁成功,则直接返回失败。

8 mq异步处理

我们都知道在真实的秒杀场景中,有三个核心流程:

而这三个核心流程中,真正并发量大的是秒杀功能,下单和支付功能实际并发量很小

所以,我们在设计秒杀系统时,有必要把下单和支付功能从秒杀的主流程中拆解出来。

MQ异步处理了解一下:特别是下单功能要做成mq异步处理的。而支付功能,比如支付宝支付,是业务场景本身就是异步的。

于是,秒杀后下单的流程变成如下:

如果使用mq,需要关注以下几个问题:

  1. 消息丢失问题
  2. 消息重复消费问题
  3. 垃圾消息问题
  4. 延迟消费问题

8.1 消息丢失问题

秒杀成功了,向MQ发送下单消息的时候,有可能会失败。

原因有很多,比如:网络问题、broker挂了、mq服务器等问题。这些情况,都可能会造成消息丢失。

那么,如何防止消息丢失呢?

加一张消息发送表就可以了。

其流程如下:

  1. 在生产者发送mq消息之前,先把该条消息写入消息发送表,初始状态是待处理
  2. 然后再发送mq消息。
  3. 消费者消费消息时,回调生产者的一个接口,处理完业务逻辑之后,修改消息状态为已处理。

消息重发

如果生产者把消息写入消息发送表之后,再发送mq消息到mq服务端的过程中失败了,造成了消息丢失。

这时候,要如何处理呢?

答:使用job,增加重试机制。用job每隔一段时间去查询消息发送表中状态为待处理的数据,然后重新发送mq消息。

8.2 重复消费问题

一般情况下消费者在消费消息,做ACK应答的时候,如果网络超时,本身就可能会消费重复的消息。

ACK应答也称为确认消息应答,是在计算机网上中通信协议的一部分,是设备或是进程发出的消息,回复已收到数据。

由于我们前面引入了消息发送重试机制,会导致消费者重复消费消息的概率进一步增大。

那么,如何解决重复消费消息的问题呢?

答案也很简单:加一张消息处理表即可。

消费者读到消息之后,先判断一下消息处理表,是否存在该消息,如果存在,表示是重复消费,则直接返回。

如果不存在,则进行下单操作,接着将该消息写入消息处理表中,再返回。

有个非常关键的问题,需要大家注意:下单和写消息处理表,要放在同一个事务中,保证原子操作。

8.3 垃圾消息问题

上面这套方案表面上看起来没有问题,但如果出现了消息消费失败的情况。比如:由于某些原因,消息消费者下单一直失败,一直不能回调状态变更接口,这样job会不停的重试发消息。最后,会产生大量的垃圾消息。

那么,如何解决这个问题呢?

限制重试次数

每次在job重试时,需要先判断一下消息发送表中该消息的发送次数是否达到最大限制,如果达到了,则直接返回。如果没有达到,则将消息发送次数加1,然后再发送消息。

这样如果出现异常,只会产生少量的垃圾消息,不会影响到正常的业务。

8.4 延迟消费问题

通常情况下,如果用户秒杀成功了,下单之后,在30分钟之内还未完成支付的话,该订单会被自动取消,回退库存。

那么,在30分钟内未完成支付,订单被自动取消的功能,要如何实现呢?

我们首先想到的可能是job,因为它比较简单。

但job有个问题,需要每隔一段时间处理一次,实时性不太好。

还有更好的方案?

肯定是有的:使用延迟队列即可。比如:RocketMQ,自带了延迟队列的功能。

我们再来梳理一下流程:

  1. 下单时消息生产者首先生成订单,此时为待支付状态。
  2. 然后向延迟队列中发一条消息。
  3. 当达到了延迟时间,消息消费者读取消息之后,会查询该订单的状态是否为待支付。
  4. 如果是待支付状态,则会更新订单状态为取消状态。
  5. 如果不是待支付状态,说明该订单已经支付过了,则直接返回。

注意:在我们的业务开发中,当用户完成支付之后,会修改订单状态为已支付。这个千万不要忘记!

9 限流

做秒杀活动不担心真实用户多,担心的是:

有些高手,并不会像我们一样老老实实,通过秒杀页面点击秒杀按钮,抢购商品。他们可能在自己的服务器上,模拟正常用户登录系统,跳过秒杀页面,直接调用秒杀接口。

如果是我们手动操作,一般情况下,一秒钟只能点击一次秒杀按钮。

但是如果是服务器,一秒钟可以请求成上千接口。

这种差距实在太明显了,如果不做任何限制,绝大部分商品可能是被机器抢到,而不是正常用户,这就违背了搞秒杀活动的初衷。

所以,我们有必要识别这些非法请求,做一些限制。那么,我们该如何限制这些非法请求呢?

9.1 对同一用户限流

为了防止某个用户,请求接口次数过于频繁,可以只针对该用户做限制。

限制同一个用户id,比如每分钟只能请求5次接口。

9.2 对同一ip限流

有时候只对某个用户限流是不够的,有些高手可以模拟多个用户请求,这种nginx就没法识别了。

这时需要加同一ip限流功能。

限制同一个ip,比如每分钟只能请求5次接口。

误伤问题

但这种限流方式可能会有误伤的情况,比如同一个公司或网吧的出口ip是相同的,如果里面有多个正常用户同时发起请求,有些用户可能会被限制住。

9.3 对接口限流

别以为限制了用户和ip就万事大吉,有些高手甚至可以使用代理,每次都请求都换一个ip。

这时可以限制请求的接口总次数。

在高并发场景下,这种限制对于系统的稳定性是非常有必要的。

但可能由于有些非法请求次数太多,达到了该接口的请求上限,而影响其他的正常用户访问该接口。一般我们对接口限流会设置时间,超过一段时间后则重新开放。

9.4 加验证码

相对于上面三种方式,加验证码的方式可能更精准一些,同样能限制用户的访问频次,但好处是不会存在误杀的情况。

  1. 通常情况下,用户在请求之前,需要先输入验证码。
  2. 用户发起请求之后,服务端会去校验该验证码是否正确。
  3. 只有正确才允许进行下一步操作。
  4. 否则直接返回,并且提示验证码错误。

注意:验证码一般是一次性的,同一个验证码只允许使用一次,不允许重复使用。

普通验证码

普通验证码,由于生成的数字或者图案比较简单,可能会被破解。

优点是生成速度比较快,缺点是有安全隐患。

滑块验证码

移动滑块,虽然它生成速度比较慢,但比较安全,是目前各大互联网公司的首选。也有不少三方平台推出了这套服务,可以直接使用。

9.5 提高业务门槛

上面说的加验证码虽然可以限制非法用户请求,但是有些影响用户体验。用户点击秒杀按钮前,还要先输入验证码,流程显得有点繁琐,秒杀功能的流程不是应该越简单越好吗?

其实,有时候达到某个目的,不一定非要通过技术手段,通过业务手段也一样。

12306刚开始的时候,全国人民都在同一时刻抢火车票,由于并发量太大,系统经常挂。后来,重构优化之后,将购买周期放长了,可以提前20天购买火车票,并且可以在9点、10、11点、12点等整点购买火车票。调整业务之后(当然技术也有很多调整),将之前集中的请求,分散开了,一下子降低了用户并发量。

同样的,我们的秒杀系统也可以借鉴12306的方案,站在业务的角度有针对性的做优化,比如:

  1. 我们可以通过提高业务门槛,比如只有会员才能参与秒杀活动,普通注册用户没有权限。
  2. 或者只有等级到达3级以上的用户,才有资格参加该活动。
  3. 或者分时间段获得秒杀资格,比如9点、10、11点、参加活动获得秒杀资格,获得资格的朋友12点集中参与秒杀。

数据库层隔离

上面的内容也呼应了一下开篇,秒杀场景除了站在技术的角度考虑,也需要站在业务的角度去考虑。

除了上面提到的“静态化”、“Redis缓存”、“分布式锁”、“限流”等。数据库层隔离也是非常重要的。

针对秒杀系统可能会影响已经正常运行的其他数据库的情况,我们需要考虑“数据库隔离设计”。常用以下三种方法:分表分库、数据隔离、数据合并。

10.1 分库分表

数据库很容易产生性能瓶颈,导致数据库的活跃连接数增加,一旦达到连接数的阈值,会出现应用服务无连接可用,造成灾难性后果。

我们可以先从代码、SQL语句、索引这几个方面着手优化,如果没有优化空间了,就要考虑分库分表了。

以我们的经验,Mysql单表推荐的存储量是500万条记录左右。如果估算超过这个阈值,就建议做分表。

如果服务的链接数较多,就建议进行分库操作。

10.2 数据隔离

这也是我们做秒杀系统最大的经验分享:秒杀系统使用的关系型数据库,绝大多数是多操作,再者是插入,只有少部分修改,几乎没有删除操作。建议用专门的表来存放数据,不建议使用业务系统正在使用的表来存放秒杀相关的数据。

前文也有提到,数据隔离是必须的,万一秒杀系统出了问题,不能影响正常业务系统。

表的设计,除了自增ID之外,最好不要设置其他主键,以保证能够快速插入。

10.3 数据合并

如果我们秒杀系统是用的专用表存储,在秒杀活动结束后,需要将其和现有数据进行合并。

(交易已经完成,合并的目的是为了方便后续查询)

这个合并可以根据具体情况来做,对于那些“只读”的数据,可以只导入到专门负责读的数据库或者NoSQL数据库中即可。

11 压力测试

对于秒杀系统,上线之前进行压力测试是必不可少的,不仅能够帮助我们优化设计,更重要的能够检测出系统崩溃的边缘及系统的极限在哪里。

只有这样,我们才能合理的设置流量上限,把多余的流量主动抛弃掉,进而保证系统的稳定性。

11.1 压测方法

正压力测试

简单来说:在保证服务器资源不变的情况下,网络请求不断做加法。

每次秒杀活动评估要使用多少服务器资源,承受多少请求。可以通过不断加压的方式,直到系统接近崩溃或者真正崩溃。

如下图所示:

负压力测试

负压力测试如下图所示,也很好理解:在系统正常运行的情况下,逐渐减少支撑系统的服务器资源,观察什么时候系统无法在支撑正常的业务请求。

11.2 压测步骤

知道有哪些测试方法还远远不够,下面介绍的压测步骤才是最重要的内容。

为大家分享8个测试步骤,不止是秒杀系统,其他需要压测的场景也可以按照这个思路进行测试:

1.确定测试目标

压力测试和性能测试不同,压力测试的目标是什么时候系统会接近崩溃,比如需要支持100万的访问量,测试出性能阈值。

2. 确定关键问题

二八原则大家一定要知道,压力测试也是有重点的,系统中只有20%的功能是最常用的,比如秒杀接口、下单、扣减库存。要集中火力测试常用的功能,高度还原真实场景。

3. 确定负载

和上面观点一样,不是每个服务都有高负载,测试时要重点关注高负载的服务,真实场景中服务的负载一定是波动的,并且不是均匀分布的。

4. 搭建环境

搭建环境要和生产环境保持一致。

5. 确定监测指标

提前确定好要重点监测的参数指标,比如:CPU负载、内存使用率、系统吞吐量、带宽阈值等

6. 产生负载

  1. 建议优先使用往期的秒杀数据,或者从生产环境中同步数据进行测试
  2. 根据目标系统的承受要求由脚本驱动测试
  3. 模拟不同网络环境,对硬件条件有规律的进行测试

7. 执行测试

根据目标系统、关键组件、用负载进行测试、返回监测点的数据。

8. 分析数据

针对测试的目的,对关键服务的压力测试数据进行分析,得出这些服务的承受上限在哪里?

对有波动的负载或者大负载的的服务进行数据分析,明确优化的方向。

项目实战

秒杀系统的项目实战欢迎加入我的学习圈子,邀你进项目组。

总结

总体来说,秒杀系统是十分复杂的,我们要根据自身的情况,选择合适的架构。这篇文章比较系统的介绍了秒杀场景中常见的问题和解决方案。咱们再回顾一下开篇的思维导图:

最后再给大家3个建议:

  1. 负载均衡,分而治之。通过负载均衡,将不同的流量划分到不同的机器上,每台机器处理好自己的请求,将自己的性能发挥到极致。这样整个系统的性能也就达到最高了。
  2. 合理使用并发。Go语言能够完美发挥服务器多核优势,很多可以用并发处理的任务,都可以用Go的协程处理。比如Go处理HTTP请求时每个请求都会在一个goroutine中执行。
  3. 合理使用异步。异步处理已经被越来越多的开发者所接受,对实时性要求不高的业务都可以用异步来处理,在功能拆解上能达到意想不到的效果。

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