假如你是一名架構(gòu)師，你會(huì)如何設(shè)計(jì)一個(gè)秒殺系統(tǒng)？這篇文章，我們就來聊一聊。

一、什么是秒殺？

所謂秒殺，就是在同一個(gè)時(shí)刻有大量的客戶端請求爭搶同一個(gè)商品并完成交易的過程，瞬時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的并發(fā)讀和并發(fā)寫。

秒殺系統(tǒng)本質(zhì)上就是一個(gè)滿足高并發(fā)、高性能和高可用的分布式系統(tǒng)，下面給出一張下單交互概要圖：

二、秒殺系統(tǒng)的特點(diǎn)

• 高性能：秒殺涉及大量的并發(fā)讀和并發(fā)寫，因此秒系統(tǒng)必須能支持高并發(fā)訪問，而且RT(響應(yīng)時(shí)間)需要在一定的范圍內(nèi)，通常是200ms
• 一致性：秒殺系統(tǒng)中通常會(huì)使用緩存，如何保證緩存和數(shù)據(jù)庫中庫存數(shù)據(jù)的一致性，保證商品庫存的準(zhǔn)確性
• 高可用：秒殺系統(tǒng)會(huì)在瞬間收到大量的讀寫操作，如何能保證服務(wù)能穩(wěn)定的運(yùn)行，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)是否考慮到系統(tǒng)容災(zāi)問題，保證服務(wù)的高可用
• 可擴(kuò)展性：當(dāng)服務(wù)達(dá)到瓶頸時(shí)，如何能實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)容。

三、如何設(shè)計(jì)秒殺系統(tǒng)

從在上述秒殺概要圖中，我們可以知道，整個(gè)秒殺流程需要從前端和后端2個(gè)核心部分進(jìn)行，因此我們就從這 2個(gè)部分來講解秒殺系統(tǒng)是如何設(shè)計(jì)的。

1. 前端秒殺設(shè)計(jì)

(1) 服務(wù)高可用

前端是秒殺的入口，用戶首先是到前端界面進(jìn)行商品瀏覽，然后加購自己想要的商品進(jìn)行下單付款操作。 所以，前端服務(wù)一定要保證高可用，要不然秒殺的入口都沒有了，談何秒殺。

(2) 頁面靜態(tài)化

前端數(shù)據(jù)源動(dòng)靜分離，靜態(tài)的數(shù)據(jù)可以放到CDN，前端從CDN獲取，動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)放到服務(wù)器。 靜態(tài)數(shù)據(jù)，比如商品的詳情信息，圖片等；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，商品的數(shù)量，價(jià)格等。 比如：可以通過Url地址作為key來存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)

(3) 控制對(duì)服務(wù)器請求的頻率

控制對(duì)服務(wù)器請求頻率能在一定程度上緩解服務(wù)器的壓力，限頻的方式有很多， 比如 秒殺按鈕點(diǎn)擊后置灰一定的時(shí)長后才能再次點(diǎn)擊， 前端 答題正確后才向服務(wù)器發(fā)起請求，前端將請求加入隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì)，當(dāng)有多個(gè)秒殺活動(dòng)時(shí)，可以分時(shí)段進(jìn)行，這些方式都是無損的。

(4) 控制對(duì)服務(wù)器請求參數(shù)的大小

因?yàn)槊霘⑵陂g，瞬時(shí)會(huì)有大量的請求涌向服務(wù)器，所以前端和服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互要盡量的少，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸以及編解碼的開銷

(5) 限流，降級(jí)

當(dāng)下游服務(wù)器達(dá)到瓶頸時(shí)，可以采用前端限流方式，降低對(duì)服務(wù)器的TPS和QPS。但是當(dāng)客戶端比較分散時(shí)，限流閾值的設(shè)置是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)：閾值設(shè)的太小，會(huì)導(dǎo)致服務(wù)端沒有達(dá)到瓶頸時(shí)客戶端已經(jīng)被限制；設(shè)的太大，則起不到限制的作用。

2. 后端秒殺設(shè)計(jì)

(1) 服務(wù)高可用

后端是處理請求的核心服務(wù)，所以必須做好高可用部署，容災(zāi)設(shè)計(jì)(異地多活)

(2) 降級(jí)，限流，拒絕服務(wù)

降級(jí)，就是當(dāng)系統(tǒng)的容量達(dá)到一定程度時(shí)，限制或者關(guān)閉系統(tǒng)的某些非核心功能，從而把有限的資源保留給更核心的業(yè)務(wù)。所以降級(jí)一般需要前后端配合執(zhí)行，可以通過開關(guān)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。比如： 當(dāng)QPS達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，可是設(shè)置開關(guān)，將原來分頁查50條數(shù)據(jù)，變成查10條，減少一次交互的數(shù)據(jù)量。

限流，就是當(dāng)系統(tǒng)容量達(dá)到瓶頸時(shí)，通過限制一部分流量來保護(hù)系統(tǒng)，限流可以是接口級(jí)別，服務(wù)器級(jí)別，iP級(jí)別等等，此處的限流是有損操作，限流的閾值一般可以根據(jù)壓測結(jié)果來設(shè)置

直接拒絕服務(wù)，如果限流還不能解決問題，那就直接拒絕服務(wù)以求自保，這也是最差的一種兜底情況。

(3) 獨(dú)立部署秒殺服務(wù)

秒殺系統(tǒng)和普通的售賣有一定的差異點(diǎn)，秒殺一般是持續(xù)時(shí)間短，并發(fā)量高，所以為了不影響正常的售賣，可以單獨(dú)部署一套秒殺服務(wù)，在物理級(jí)別進(jìn)行隔離，也適合服務(wù)端靈活伸縮容以及做一些特殊的個(gè)性化處理。 有條件的團(tuán)隊(duì)可以實(shí)施。

(4) 流量削峰

當(dāng)服務(wù)流量過大時(shí)，可以將請求存入MQ消息中間件進(jìn)行削峰處理，客戶端可以采用輪詢的方式向服務(wù)器獲取結(jié)果(服務(wù)器會(huì)受到很多結(jié)果查詢的請求)，或者服務(wù)主動(dòng)push結(jié)果給客戶端(服務(wù)需要保留很多和客戶端的長鏈接)，2種方式各有優(yōu)劣，一般生產(chǎn)上輪詢查詢結(jié)果用的比較多。

(5) 熱點(diǎn)數(shù)據(jù)探測

很多時(shí)候，一個(gè)商品不屬于秒殺，但是很多用戶購買，可能會(huì)成為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，請求量不亞于秒殺，所以網(wǎng)關(guān)需要有熱點(diǎn)數(shù)據(jù)探測的功能，實(shí)現(xiàn)的方式有很多，比如：統(tǒng)計(jì)客戶端的請求數(shù)

(6) 增加緩存

秒殺一般遵從讀多寫少的28法則，所以可以在服務(wù)端增加緩存應(yīng)對(duì)高并發(fā)讀。緩存可以設(shè)置2層，第一層是本地緩存，可以使用Google guava的緩存框架，失效時(shí)間一般可以秒級(jí)別，本地緩存是屬于jvm級(jí)別的，每次失效后可以從redis緩存中加載，redis緩存要特別注意緩存失效，緩存擊穿，緩存雪崩的問題。

緩存擊穿：緩存中不存在，數(shù)據(jù)庫存在，這樣就會(huì)導(dǎo)致請求直接到達(dá)數(shù)據(jù)庫，當(dāng)請求量比較大時(shí)，可能直接把數(shù)據(jù)庫打垮。解決方法：

• 可以考慮緩存永遠(yuǎn)不過期
• 同步返回null，異步加鎖查詢數(shù)據(jù)庫，更新緩存

緩存穿透：請求的數(shù)據(jù)在緩存和數(shù)據(jù)庫中都不存在，解決辦法：

• 業(yè)務(wù)層進(jìn)行合法校驗(yàn)，攔截大部分不合法的請求
• 使用布隆過濾器，針對(duì)一個(gè)或者多個(gè)維度，把可能存在的數(shù)據(jù)值hash到bitmap中，bitmap中不存在則該數(shù)據(jù)一定不存在，bitmap中存該數(shù)據(jù)可能存在
• 對(duì)空的結(jié)果進(jìn)行緩存，設(shè)置得較短過期時(shí)間，當(dāng)有數(shù)據(jù)庫變更時(shí)，必須同時(shí)刷新緩存，否則會(huì)導(dǎo)致不一致的問題存在

緩存雪崩：指緩存在同一時(shí)刻失效，請求都到數(shù)據(jù)庫上，解決的辦法：

• 可以考慮緩存永遠(yuǎn)不過期
• 失效時(shí)間盡量隨機(jī)，避免同時(shí)過期
• 多級(jí)緩存，數(shù)據(jù)緩存到A和B，A設(shè)置過期時(shí)間，B不設(shè)置過期時(shí)間，如果A為空的時(shí)候去讀B，同時(shí)異步去更新緩存，需要同時(shí)更新兩個(gè)緩存

四、如何保證不超賣？

秒殺一般都是優(yōu)惠售賣，所以庫存不超賣是前提，一般來說，防止超賣需要前后端配合，以下是幾種主要的實(shí)現(xiàn)方式：

1. 庫存扣減方式

• 下單減庫存：買家下單后，扣減商品總庫存。下單減庫存是最簡單也是控制最精確的一種，下單時(shí)直接通過數(shù)據(jù)庫的事務(wù)機(jī)制控制商品庫存，一定不會(huì)出現(xiàn)超賣的情況。出現(xiàn)的問題： 惡意刷單，某些人下單后占用庫存不付款。
• 付款減庫存：買家付款之后，扣減商品總庫存。這種方式產(chǎn)生的問題是，庫存超賣。
• 預(yù)扣庫存：買家下單后，預(yù)扣庫存，在一定的時(shí)間內(nèi)未付款，庫存將會(huì)自動(dòng)釋放。在買家付款前，需再次校驗(yàn)庫存是否保留，如果沒有保留，則再次嘗試預(yù)扣；如果庫存不足則不允許繼續(xù)付款；如果預(yù)扣成功，則完成付款并實(shí)際地減去庫存。這種方式在生產(chǎn)上用的比較多。

2. 服務(wù)端庫存處理

將庫存操作的邏輯放到lua腳本中，通過redis的單線程特性，保證Lua腳本執(zhí)行不會(huì)被打斷，從而保證庫存操作的原子性

五、面試中如何回答

• 先分析整個(gè)流程，然后再按前端和后端兩部分去分析
• 前端用到什么技術(shù)，目的是什么，會(huì)出現(xiàn)什么問題，如何解決
• 后端是側(cè)重點(diǎn)，可從業(yè)務(wù)架構(gòu)，技術(shù)架構(gòu)，分布式鎖，緩存，數(shù)據(jù)一致性，容災(zāi)來分析
• 最后，做個(gè)總結(jié)

六、總結(jié)

下面給出一張秒殺系統(tǒng)常用的架構(gòu)圖，百種業(yè)務(wù)百種架構(gòu)，一個(gè)秒殺系統(tǒng)看似簡單，其實(shí)包含了很多架構(gòu)的思想，從前端到后端，怎么全局把控，對(duì)于各個(gè)服務(wù)怎么去做高可用，高性能，可擴(kuò)展保證。如何設(shè)計(jì)緩存，如何保證緩存和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性，服務(wù)達(dá)到瓶頸時(shí)，如何做服務(wù)降級(jí)，限流。

一般我們遵從幾個(gè)原則：

• 前后端交互的數(shù)據(jù)盡量少
• 前端盡量控制對(duì)后端的無效請求
• 服務(wù)之間的依賴盡量少
• 請求路徑盡量短
• 服務(wù)或者中間件不要有單點(diǎn)，要有容災(zāi)