如《同樣是高并發(fā)，QQ/微博/12306的架構(gòu)難度一樣嗎?》一文所述，同樣是高并發(fā)場景，三類業(yè)務(wù)的架構(gòu)挑戰(zhàn)不一樣：

• QQ類業(yè)務(wù)，用戶主要讀寫自己的數(shù)據(jù)，訪問基本帶有uid屬性，數(shù)據(jù)訪問鎖沖突較小
• 微博類業(yè)務(wù)，用戶的feed主頁由別人發(fā)布的消息構(gòu)成，數(shù)據(jù)讀寫有一定鎖沖突
• 12306類業(yè)務(wù)，并發(fā)量很高，幾乎所有的讀寫鎖沖突都集中在少量數(shù)據(jù)上，難度最大

那么對于秒殺類業(yè)務(wù)，系統(tǒng)上和業(yè)務(wù)上分別能如何優(yōu)化呢，這是本文要討論的問題。

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系統(tǒng)層面，秒殺業(yè)務(wù)的優(yōu)化方向如何?

主要有兩項(xiàng)：

(1)將請求盡量攔截在系統(tǒng)上游，而不要讓鎖沖突落到數(shù)據(jù)庫。

傳統(tǒng)秒殺系統(tǒng)之所以掛，是因?yàn)檎埱蠖級旱搅撕蠖藬?shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)讀寫鎖沖突嚴(yán)重，并發(fā)高響應(yīng)慢，幾乎所有請求都超時(shí)，訪問流量大，下單成功的有效流量小。

一趟火車2000張票，200w個(gè)人同時(shí)來買，沒有人能買成功，請求有效率為0。

畫外音：此時(shí)系統(tǒng)的效率，還不如線下售票窗口。

(2)充分利用緩存。

秒殺買票，這是一個(gè)典型的讀多寫少的業(yè)務(wù)場景：

• 車次查詢，讀，量大
• 余票查詢，讀，量大
• 下單和支付，寫，量小

一趟火車2000張票，200w個(gè)人同時(shí)來買，最多2000個(gè)人下單成功，其他人都是查詢庫存，寫比例只有0.1%，讀比例占99.9%，非常適合使用緩存來優(yōu)化。

秒殺業(yè)務(wù)，常見的系統(tǒng)分層架構(gòu)如何?

秒殺業(yè)務(wù)，可以使用典型的服務(wù)化分層架構(gòu)：

• 端(瀏覽器/APP)，最上層，面向用戶
• 站點(diǎn)層，訪問后端數(shù)據(jù)，拼裝html/json返回
• 服務(wù)層，屏蔽底層數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，提供數(shù)據(jù)訪問
• 數(shù)據(jù)層，DB存儲(chǔ)庫存，當(dāng)然也有緩存

這四層分別應(yīng)該如何優(yōu)化呢?

一、端上的請求攔截(瀏覽器/APP)

想必春節(jié)大家都玩過微信的搖一搖搶紅包，用戶每搖一次，真的就會(huì)往后端發(fā)送一次請求么?

回顧搶票的場景，用戶點(diǎn)擊“查詢”按鈕之后，系統(tǒng)卡頓，用戶著急，會(huì)不自覺的再去頻繁點(diǎn)擊“查詢”，不但沒用，反而平白無故增加系統(tǒng)負(fù)載，平均一個(gè)用戶點(diǎn)5次，80%的請求是這么多出來的。

JS層面，可以限制用戶在x秒之內(nèi)只能提交一次請求，從而降低系統(tǒng)負(fù)載。

畫外音：頻繁提交，可以友好提示“頻率過快”。

APP層面，可以做類似的事情，雖然用戶瘋狂的在搖微信搶紅包，但其實(shí)x秒才向后端發(fā)起一次請求。

畫外音：這就是所謂的“將請求盡量攔截在系統(tǒng)上游”，瀏覽器/APP層就能攔截80%+的請求。

不過，端上的攔截只能擋住普通用戶(99%的用戶是普通用戶)，程序員firebug一抓包，寫個(gè)for循環(huán)直接調(diào)用后端http接口，js攔截根本不起作用，這下怎么辦?

二、站點(diǎn)層的請求攔截

如何抗住程序員寫for循環(huán)調(diào)用http接口，首先要確定用戶的唯一標(biāo)識，對于頻繁訪問的用戶予以攔截。

用什么來做用戶的唯一標(biāo)識?

ip?cookie-id?別想得太復(fù)雜，購票類業(yè)務(wù)都需要登錄，用uid就能標(biāo)識用戶。

在站點(diǎn)層，對同一個(gè)uid的請求進(jìn)行計(jì)數(shù)和限速，例如：一個(gè)uid，5秒只準(zhǔn)透過1個(gè)請求，這樣又能攔住99%的for循環(huán)請求。

一個(gè)uid，5s只透過一個(gè)請求，其余的請求怎么辦?

緩存，頁面緩存，5秒內(nèi)到達(dá)站點(diǎn)層的其他請求，均返回上次返回的頁面。

畫外音：車次查詢和余票查詢都能夠這么做，既能保證用戶體驗(yàn)(至少?zèng)]有返回404頁面)，又能保證系統(tǒng)的健壯性(利用頁面緩存，把請求攔截在站點(diǎn)層了)。

OK，通過計(jì)數(shù)、限速、頁面緩存攔住了99%的普通程序員，但仍有些高端程序員，例如黑客，控制了10w個(gè)肉雞，手里有10w個(gè)uid，同時(shí)發(fā)請求，這下怎么辦?

三、服務(wù)層的請求攔截

并發(fā)的請求已經(jīng)到了服務(wù)層，如何進(jìn)攔截?

服務(wù)層非常清楚業(yè)務(wù)的庫存，非常清楚數(shù)據(jù)庫的抗壓能力，可以根據(jù)這兩者進(jìn)行削峰限速。

例如，業(yè)務(wù)服務(wù)很清楚的知道，一列火車只有2000張車票，此時(shí)透傳10w個(gè)請求去數(shù)據(jù)庫，是沒有意義的。

畫外音：假如數(shù)據(jù)庫每秒只能抗500個(gè)寫請求，就只透傳500個(gè)。

用什么削峰?

請求隊(duì)列。

對于寫請求，做請求隊(duì)列，每次只透傳有限的寫請求去數(shù)據(jù)層(下訂單，支付這樣的寫業(yè)務(wù))。

只有2000張火車票，即使10w個(gè)請求過來，也只透傳2000個(gè)去訪問數(shù)據(jù)庫：

• 如果前一批請求均成功，再放下一批
• 如果前一批請求庫存已經(jīng)不足，則后續(xù)請求全部返回“已售罄”

對于讀請求，怎么優(yōu)化?

cache抗，不管是memcached還是redis，單機(jī)抗個(gè)每秒10w應(yīng)該都是沒什么問題的。

畫外音：緩存做水平擴(kuò)展，很容易線性擴(kuò)容。

如此削峰限流，只有非常少的寫請求，和非常少的讀緩存mis的請求會(huì)透到數(shù)據(jù)層去，又有99%的請求被攔住了。

四、數(shù)據(jù)庫層

經(jīng)過前三層的優(yōu)化：

• 瀏覽器攔截了80%請求
• 站點(diǎn)層攔截了99%請求，并做了頁面緩存
• 服務(wù)層根據(jù)業(yè)務(wù)庫存，以及數(shù)據(jù)庫抗壓能力，做了寫請求隊(duì)列與數(shù)據(jù)緩存

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，每次透到數(shù)據(jù)庫層的請求都是可控的。

db基本就沒什么壓力了，閑庭信步。

畫外音：這類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量不大，無需分庫，數(shù)據(jù)庫做一個(gè)高可用就行。

此時(shí)，透2000個(gè)到數(shù)據(jù)庫，全部成功，請求有效率100%。

畫外音：優(yōu)化前，10w個(gè)請求0個(gè)成功，有效性0%。

按照上面的優(yōu)化方案，其實(shí)壓力最大的反而是站點(diǎn)層，假設(shè)真實(shí)有效的請求數(shù)是每秒100w，這部分的壓力怎么處理?

解決方向有兩個(gè)：

• 站點(diǎn)層水平擴(kuò)展，通過加機(jī)器擴(kuò)容，一臺(tái)抗5000，200臺(tái)搞定;
• 服務(wù)降級，拋棄請求，例如拋棄50%;

原則是要保護(hù)系統(tǒng)，不能讓所有用戶都失敗。

站點(diǎn)層限速，是個(gè)每個(gè)uid的請求計(jì)數(shù)放到redis里么?吞吐量很大情況下，高并發(fā)訪問redis，網(wǎng)絡(luò)帶寬會(huì)不會(huì)成為瓶頸?

同一個(gè)uid計(jì)數(shù)與限速，如果擔(dān)心訪問redis帶寬成為瓶頸，可以這么優(yōu)化：

• 計(jì)數(shù)直接放在內(nèi)存，這樣就省去了網(wǎng)絡(luò)請求;
• 在nginx層做7層均衡，讓一個(gè)uid的請求落到同一個(gè)機(jī)器上;

畫外音：這個(gè)計(jì)數(shù)對數(shù)據(jù)一致性、準(zhǔn)確性要求不高，即使服務(wù)重啟計(jì)數(shù)丟了，大不了重新開始計(jì)。

除了系統(tǒng)上的優(yōu)化，產(chǎn)品與業(yè)務(wù)還能夠做一些折衷，降低架構(gòu)難度。

• 業(yè)務(wù)折衷一：一般來說，下單和支付放在同一個(gè)流程里，能夠提高轉(zhuǎn)化率。對于秒殺場景，產(chǎn)品上，下單流程和支付流程異步，放在兩個(gè)環(huán)節(jié)里，能夠降低數(shù)據(jù)庫寫壓力。以12306為例，下單成功后，系統(tǒng)占住庫存，45分鐘之內(nèi)支付即可。
• 業(yè)務(wù)折衷二：一般來說，所有用戶規(guī)則相同，體驗(yàn)會(huì)更好。對于秒殺場景，產(chǎn)品上，不同地域分時(shí)售票，雖然不是所有用戶規(guī)則相同，但能夠極大降低系統(tǒng)壓力。北京9:00開始售票，上海9:30開始售票，廣州XX開始售票，能夠分擔(dān)系統(tǒng)壓力。
• 業(yè)務(wù)折衷三：秒殺場景，由于短時(shí)間內(nèi)并發(fā)較大，系統(tǒng)返回較慢，用戶心情十分焦急，可能會(huì)頻繁點(diǎn)擊按鈕，對系統(tǒng)造成壓力。產(chǎn)品上可以優(yōu)化為，一旦點(diǎn)擊，不管系統(tǒng)是否返回，按鈕立刻置灰，不給用戶機(jī)會(huì)頻繁點(diǎn)擊。
• 業(yè)務(wù)折衷四：一般來說，顯示具體的庫存數(shù)量，能夠加強(qiáng)用戶體驗(yàn)。對于秒殺場景，產(chǎn)品上，只顯示有/無車票，而不是顯示具體票數(shù)目，能夠降低緩存淘汰率。

畫外音：顯示庫存會(huì)淘汰N次，顯示有無只會(huì)淘汰1次。更多的，用戶關(guān)注是否有票，而不是票有幾張。

無論如何，產(chǎn)品技術(shù)運(yùn)營一起，目標(biāo)是一致的，把事情做好，不存在誰是甲方，誰是乙方的關(guān)系。

總結(jié)

對于秒殺系統(tǒng)，除了產(chǎn)品和業(yè)務(wù)上的折衷，架構(gòu)設(shè)計(jì)上主要有兩大優(yōu)化方向：

• 盡量將請求攔截在系統(tǒng)上游;
• 讀多寫少用緩存;

【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者】

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