“秒殺”這個(gè)詞在電商行業(yè)中出現(xiàn)的頻率較高捶惜，如京東或者淘寶平臺(tái)的各種“秒殺”活動(dòng)制轰，最典型的就是“雙11搶購(gòu)”。
“秒殺”是指在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)有限的商品數(shù)量進(jìn)行搶購(gòu)的一種行為潜秋，這是商家以“低價(jià)量少”的商品來獲取用戶的一種營(yíng)銷手段。
需求分析
- 功能性需求
其實(shí)胎许，整個(gè)秒殺的業(yè)務(wù)場(chǎng)景并不復(fù)雜峻呛，可即查看參與秒殺的商品信息，加上購(gòu)買和支付的動(dòng)作辜窑，如下圖所示钩述。
秒殺業(yè)務(wù)場(chǎng)景最大的挑戰(zhàn)在于3點(diǎn)：
- 瞬時(shí)
- 流量巨大
- 數(shù)量有限
同時(shí)，在保證高并發(fā)流量承接的前提下穆碎，為了增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)和活動(dòng)規(guī)則的公平性牙勘，以及防止遭到惡意破壞等，特此增加如下需求：
（1）用戶在秒殺頁(yè)面無需一直刷新“搶購(gòu)”按鈕，待秒殺活動(dòng)開始時(shí)方面，按鈕自動(dòng)點(diǎn)亮放钦。
（2）在公平以及防止惡意破壞的原則下，在下單之前增加驗(yàn)證碼的錄入恭金，或者答題的相關(guān)環(huán)節(jié)操禀。
（3）庫(kù)存不能出現(xiàn)問題，即不多扣也不少扣横腿。
（4）整個(gè)秒殺活動(dòng)過程持續(xù)10分鐘颓屑。
- 性能指標(biāo)預(yù)估
通過秒殺的需求描述可得出，當(dāng)前秒殺活動(dòng)主要需要預(yù)估三塊的性能指標(biāo)：存儲(chǔ)容量耿焊、并發(fā)量揪惦、網(wǎng)絡(luò)帶寬。
- 存儲(chǔ)容量
由于是秒殺活動(dòng)搀别，且參與的商品基本都是低價(jià)高性價(jià)比的丹擎，數(shù)量是非常有限的。所以歇父，在訂單存儲(chǔ)上基本不用去過多考慮。 - 并發(fā)量
針對(duì)5000萬用戶平均每人訪問2次再愈，則并發(fā)量為每秒16.7萬左右（5000w2/1060）,在預(yù)留一部分榜苫，可以預(yù)估到每秒25萬左右（也可以進(jìn)行double下）。 - 網(wǎng)絡(luò)帶寬
在帶寬方面翎冲，需要進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化垂睬，采取數(shù)據(jù)傳輸越少越好，假設(shè)單條傳輸在0.5KB抗悍，則根據(jù)并發(fā)量預(yù)估網(wǎng)絡(luò)帶寬為：977Mb左右（25w0.5KB=122MB8bit=977Mb）驹饺。
- 非功能性需求
做任何系統(tǒng)都要考慮非功能性需求，特別是公司的核心系統(tǒng)缴渊，當(dāng)前秒殺業(yè)務(wù)系統(tǒng)非功能性需求
主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：
高可用赏壹，在秒殺活動(dòng)的整個(gè)持續(xù)期間內(nèi)，都能對(duì)用戶提供服務(wù)衔沼。
高性能蝌借，讓每個(gè)用戶都能感受到極快的秒殺響應(yīng)，不能出現(xiàn)大批量用戶延遲較高的現(xiàn)象指蚁。
可擴(kuò)展菩佑，當(dāng)流量比預(yù)期更高時(shí)，有平滑擴(kuò)展的策略（也有部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)成友好的拒絕策略）凝化。
概要設(shè)計(jì)
通過對(duì)秒殺業(yè)務(wù)的本身認(rèn)知以及上面提到的秒殺業(yè)務(wù)需求稍坯，本次秒殺系統(tǒng)需要著重設(shè)計(jì)如下幾點(diǎn)：
（1）動(dòng)靜分離：如何保證用戶在不刷新頁(yè)面的情況下，依然能進(jìn)行秒殺相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取且不會(huì)耽誤秒殺活動(dòng)的開始搓劫。
（2）流量分層瞧哟，針對(duì)巨大流量袜蚕，如何進(jìn)行有效的防控，以免造成后臺(tái)服務(wù)的不堪重負(fù)绢涡，以及如何避免前端頁(yè)面的卡死牲剃。
（3）高可用：如何確保后臺(tái)持續(xù)提供服務(wù)。
（4）扣減庫(kù)存：如何有效扣減庫(kù)存雄可。
（5）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
詳細(xì)設(shè)計(jì)
- 動(dòng)靜分離
實(shí)施動(dòng)靜分離架構(gòu)可以采用“分而治之”的辦法凿傅，即將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)解耦，分別使用各自的架構(gòu)系統(tǒng)來承載對(duì)應(yīng)的流量：
對(duì)于靜態(tài)數(shù)據(jù)数苫，推薦縮短用戶請(qǐng)求路徑聪舒，因?yàn)槁窂皆蕉蹋L問速度也就越快虐急。另外箱残，即盡可能將靜態(tài)數(shù)據(jù)緩存起來。
對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)止吁，一般用戶端需要和服務(wù)端進(jìn)行交互才能獲取被辑，所以，請(qǐng)求路徑較長(zhǎng)敬惦，訪問速度會(huì)慢一點(diǎn)盼理。下圖展示了動(dòng)靜分離方案。
靜態(tài)數(shù)據(jù)訪問速度很快俄删，而動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)訪問速度較慢宏怔。那么試想下，可以將需要?jiǎng)討B(tài)獲取的數(shù)據(jù)給提前生成好畴椰，然后使用靜態(tài)頁(yè)面加速技術(shù)來訪問嗎臊诊？如果這樣可以，那動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)訪問的速度就變快了斜脂。
這樣是可以的抓艳，需要用到比較流行的“頁(yè)面靜態(tài)化”技術(shù)。頁(yè)面靜態(tài)化技術(shù)是指秽褒，直接緩存HTTP連接壶硅，而不僅是緩存數(shù)據(jù)。如下圖所示销斟，代理服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求的URL直接將HTTP對(duì)應(yīng)的響應(yīng)頭及響應(yīng)消息體返回庐椒，流程簡(jiǎn)潔且高效。
- 流量分層設(shè)計(jì)
流量分層主要體現(xiàn)在對(duì)于CDN層蚂踊、反向代理層约谈、后端服務(wù)層以及數(shù)據(jù)層流量進(jìn)行控制。
1）CDN層流量控制
由動(dòng)靜分離技術(shù)可以想到：應(yīng)盡量將盡可能多的數(shù)據(jù)提前生成，然后將其放入CDN節(jié)點(diǎn)緩存中（因?yàn)镃DN層在物理架構(gòu)上離用戶比較近）棱诱。
所以泼橘，如果絕大部分的流量都在這一層獲取數(shù)據(jù)，則到達(dá)后端的流量會(huì)減少很多迈勋，如下圖所示炬灭。
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2）反向代理層流量控制
在動(dòng)靜分離方案中，講到通過“頁(yè)面靜態(tài)化技術(shù)”加速動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的獲取靡菇，即提前將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)生成好重归，然后對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)化處理。
所以厦凤，這里就可以依據(jù)頁(yè)面靜態(tài)化加速技術(shù)鼻吮，通過后端服務(wù)Job的方式定時(shí)提前生成前端需要靜態(tài)的數(shù)據(jù)；然后较鼓，將其發(fā)送到內(nèi)容分發(fā)服務(wù)上椎木；最后，分發(fā)服務(wù)會(huì)將這些靜態(tài)化頁(yè)面數(shù)據(jù)分發(fā)到所有的反向代理服務(wù)器上博烂，如下圖所示香椎。
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在“秒殺”業(yè)務(wù)中，活動(dòng)詳情頁(yè)上有一個(gè)倒計(jì)時(shí)的模塊脖母，用戶可以看到當(dāng)前“秒殺”活動(dòng)還剩余多少時(shí)間開始士鸥。
這種邏輯簡(jiǎn)單的功能可以直接使用Nginx來實(shí)現(xiàn)：利用nginx-lua插件，使用lua腳本獲取當(dāng)前Nginx服務(wù)器的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算倒計(jì)時(shí)谆级。
另外，商品庫(kù)存數(shù)據(jù)也可以通過Nginx直接訪問分布式緩存來獲取讼积，如下圖所示肥照。
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“秒殺”業(yè)務(wù)中的商品價(jià)格很低，對(duì)于用戶有很大的吸引力勤众，所以可能會(huì)有人利用“秒殺器”進(jìn)行不公平競(jìng)爭(zhēng)舆绎，且有可能存在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手惡意刷請(qǐng)求的情況。
如果存在這樣的情況们颜，那本次活動(dòng)就是有風(fēng)險(xiǎn)的吕朵，萬一被惡意流量獨(dú)占了庫(kù)存，則會(huì)導(dǎo)致正常用戶不能搶購(gòu)商品窥突，也有可能這種惡意的請(qǐng)求會(huì)對(duì)后端系統(tǒng)造成嚴(yán)重沖擊努溃，甚至造成后端系統(tǒng)癱瘓。
對(duì)于這種惡意請(qǐng)求阻问，最好有一套機(jī)制能提前感知梧税，并將惡意請(qǐng)求提前封存。可以在Nginx層中控制第队；也可以在Nginx中配置用戶的訪問頻率（例如每分鐘只能訪問10次）哮塞；還可以使用Lua腳本編寫一些簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)邏輯的接口，例如凳谦，通過調(diào)用接口直接封掉指定IP地址或UserAgent的請(qǐng)求忆畅。
3）后端服務(wù)層流量控制
對(duì)于服務(wù)層的流量控制，有以下幾點(diǎn)建議：
在程序開發(fā)上尸执，代碼獨(dú)立家凯，不要與平臺(tái)其他項(xiàng)目一起。
在部署時(shí)剔交，應(yīng)用獨(dú)立部署肆饶，分散流量，避免不合適的流量影響主體業(yè)務(wù)岖常。
使用獨(dú)立域名驯镊，或者按照一定的URL規(guī)則在反向代理層進(jìn)行路由。
做好系統(tǒng)保護(hù)和限流竭鞍，進(jìn)一步減少不必要的流量板惑。
當(dāng)“到達(dá)系統(tǒng)中的請(qǐng)求數(shù)”明顯大于“系統(tǒng)能夠處理的最大請(qǐng)求數(shù)”時(shí)，可以直接拒絕這些多余的請(qǐng)求偎快，直接返回“秒殺”活動(dòng)結(jié)束的信息冯乘。例如，活動(dòng)開始時(shí)的商品庫(kù)存是100晒夹，目前庫(kù)存只剩50了裆馒，如果“每臺(tái)服務(wù)器待處理的請(qǐng)求數(shù)”已經(jīng)超過“商品總庫(kù)存數(shù)（100）”了，則可以直接終止掉多余的請(qǐng)求丐怯。
4）數(shù)據(jù)庫(kù)層流量控制
對(duì)于請(qǐng)求到數(shù)據(jù)中的流量喷好，寫入的流量就是真正下單成功的流量，即需要扣減庫(kù)存的動(dòng)作读跷。有如下建議：
如果不是臨時(shí)的活動(dòng)梗搅，則建議使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)作為“秒殺”活動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
將數(shù)據(jù)庫(kù)配置成讀寫分離效览。
嘗試去除行鎖无切。
對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)行鎖的優(yōu)化，可以通過將商品進(jìn)行拆分來實(shí)現(xiàn)——增加ID丐枉，如下圖所示哆键。對(duì)于單一的“秒殺”活動(dòng)這會(huì)得到顯著效果。
從流量分層控制方案可看出矛洞，瞬時(shí)流量就像被漏斗過濾了似的洼哎，應(yīng)盡量將數(shù)據(jù)和請(qǐng)求量一層一層地過濾掉烫映。這種流量分層控制核心思想：在不同的層級(jí)中盡可能地過濾掉無效的請(qǐng)求，到達(dá)“倒三角”最末端的請(qǐng)求才是有效的請(qǐng)求噩峦。
5）高可用
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)想要做到高可用锭沟，避免單節(jié)點(diǎn)的一個(gè)小妙招：將服務(wù)無狀態(tài)化。如果無法完全無狀態(tài)化（如存儲(chǔ)系統(tǒng)）识补，則可以通過冗余多個(gè)備份節(jié)點(diǎn)的方案來避免單節(jié)點(diǎn)族淮。
由于篇幅原因，高可用此處就不再贅述凭涂，大家可以查看《高并發(fā)系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)派》一書里面針對(duì)高并發(fā)系統(tǒng)的真實(shí)設(shè)計(jì)案例祝辣，毫無保留的分享出了企業(yè)級(jí)高并發(fā)系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)。
- 扣減庫(kù)存設(shè)計(jì)
由于在“秒殺”場(chǎng)景中商品一般優(yōu)惠力度很大切油，對(duì)用戶很具有吸引力蝙斜，所以，在這種場(chǎng)景中使用“下單扣庫(kù)存”方式更為合適澎胡。
在“秒殺”場(chǎng)景中孕荠，大部分用戶抱著“搶到就是賺到”的想法，基本都會(huì)去付款的攻谁，但如果真有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手惡意下單不付款稚伍，那我們?cè)撛趺崔k？前面在流量管控中已經(jīng)說到戚宦，可以對(duì)請(qǐng)求日志進(jìn)行實(shí)時(shí)分析个曙，讓風(fēng)控系統(tǒng)選擇出惡意用戶，然后將其封停受楼。
在“秒殺”場(chǎng)景中垦搬，通過流量分層控制可以分層管控大量的“讀”請(qǐng)求。但是艳汽，依然會(huì)有很大的流量進(jìn)入真正的下單邏輯悼沿。對(duì)于這么大的流量，除前面說的數(shù)據(jù)庫(kù)隔離外骚灸，還需要進(jìn)一步優(yōu)化庫(kù)存，否則數(shù)據(jù)庫(kù)讀/寫依然是系統(tǒng)的瓶頸慌植。
接下來看看如何優(yōu)化大流量“秒殺”場(chǎng)景中的庫(kù)存數(shù)量扣減操作甚牲。
1）利用緩存技術(shù)
在“秒殺”場(chǎng)景中，如果只是一個(gè)扣減庫(kù)存數(shù)量這樣的簡(jiǎn)單流程蝶柿，則可以先將庫(kù)存數(shù)量直接放在緩存中丈钙，然后用分布式緩存（如Redis）的超高性能去應(yīng)對(duì)這種瞬時(shí)流量洪峰下的系統(tǒng)挑戰(zhàn)。
使用緩存是存在一定風(fēng)險(xiǎn)的交汤，比如雏赦，緩存節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了異常劫笙，那庫(kù)存數(shù)量該怎么算？
使用緩存星岗，不僅要考慮分布式緩存高可用（如何設(shè)計(jì)可以查看我的新書“高并發(fā)系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)派”）填大，還要考慮各種限流容錯(cuò)機(jī)制，以確保分布式緩存對(duì)外提供服務(wù)俏橘。
2）異步處理技術(shù)
如果是復(fù)雜的扣減庫(kù)存（如涉及商品信息本身或牽連其他系統(tǒng)）允华，則建議使用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行庫(kù)存數(shù)量的扣減，可以使用異步的方式來應(yīng)對(duì)這種高并發(fā)的庫(kù)存的更新寥掐。
①在用戶下單時(shí)靴寂，不立刻生成訂單，而是將所有訂單依次放入隊(duì)列召耘。
②下單模塊依據(jù)自身的處理速度百炬，從隊(duì)列中依次獲取訂單進(jìn)行“下單扣庫(kù)存”操作。
③在訂單生成成功后污它，用戶即可進(jìn)行支付操作了剖踊。
這種方式是針對(duì)“秒殺”場(chǎng)景的，依據(jù)“先到先得”原則來保證公平公正轨蛤，所有用戶都可以搶購(gòu)蜜宪，然后等待訂單處理，最后生成訂單（如果庫(kù)存不足祥山，則生成訂單失斊匝椤）评架。
這樣的邏輯腾供，對(duì)用戶來說體驗(yàn)不是很差。
那些技術(shù)
（1）數(shù)據(jù)的靜態(tài)化的技術(shù)
用來應(yīng)對(duì)高并發(fā)讀的請(qǐng)求玻驻，主要涉及以下內(nèi)容供常，這些在《高并發(fā)系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)派》一書中詳細(xì)分享了真實(shí)使用場(chǎng)景已經(jīng)技術(shù)方案：
各層級(jí)緩存的處理（即多級(jí)緩存的技術(shù)）
分布式緩存技術(shù)
（2）負(fù)載均衡反向代理技術(shù)
LVS
Nginx
（3）異步處理技術(shù)
消息隊(duì)列技術(shù)
排隊(duì)系統(tǒng)技術(shù)
（4）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)
系統(tǒng)模塊化劃分
微服務(wù)架構(gòu)思想
（5）系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)
日志監(jiān)控
服務(wù)監(jiān)控
