一、業(yè)務(wù)背景

用戶可通過(guò)完成相關(guān)任務(wù)獲取周周樂(lè)幸運(yùn)碼，幸運(yùn)碼的投放規(guī)則如下：

• 基礎(chǔ)投放量：每期100萬(wàn)注唯一無(wú)重復(fù)的6位數(shù)字幸運(yùn)碼
• 動(dòng)態(tài)擴(kuò)容機(jī)制：參與人數(shù)超額時(shí)，可實(shí)時(shí)追加100萬(wàn)注

二、幸運(yùn)碼特性

根據(jù)背景介紹，我們可以知道幸運(yùn)碼需要支持如下特性：

• 隨機(jī)性，發(fā)給每個(gè)用戶的幸運(yùn)碼都是隨機(jī)的，同時(shí)每個(gè)用戶領(lǐng)取的多個(gè)幸運(yùn)碼也是隨機(jī)的。
• 唯一性，每一組的幸運(yùn)碼中，各幸運(yùn)碼都是唯一的。
• 范圍性，幸運(yùn)碼嚴(yán)格限定在000000到999999區(qū)間內(nèi)。
• 高并發(fā)，幸運(yùn)碼的生成和發(fā)放需要支持高并發(fā)，能夠至少達(dá)到300QPS。
• 可追加，在當(dāng)期活動(dòng)非常火爆時(shí)，需要可臨時(shí)追加一組幸運(yùn)碼庫(kù)存。

三、方案選型

鑒于幸運(yùn)碼需嚴(yán)格限定在6位數(shù)字范圍內(nèi)（000000-999999），傳統(tǒng)雪花算法因生成超長(zhǎng)ID（64位二進(jìn)制）且依賴時(shí)間戳遞增特性，難以直接適配。以下將對(duì)比三種方案：實(shí)時(shí)隨機(jī)生成模式、預(yù)生成庫(kù)存模式及號(hào)段+子碼模式，并會(huì)根據(jù)生成速度、存儲(chǔ)效率、擴(kuò)容成本三個(gè)核心指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估，最終選擇出最優(yōu)解決方案。

3.1 方案一：實(shí)時(shí)隨機(jī)生成模式

實(shí)現(xiàn)邏輯：

1. 生成隨機(jī)數(shù)
2. 再查詢數(shù)據(jù)庫(kù)是否有該隨機(jī)數(shù)
3. 若沒(méi)有則入庫(kù)，完成幸運(yùn)碼發(fā)放
4. 若有再重新執(zhí)行第一步

缺陷分析：

• 碰撞概率隨庫(kù)存消耗不斷上升
• 數(shù)據(jù)庫(kù)IO壓力隨并發(fā)量線性增長(zhǎng)
• 不滿足高并發(fā)場(chǎng)景性能要求

3.2 方案二：預(yù)生成庫(kù)存模式

實(shí)現(xiàn)邏輯：

采用預(yù)生成幸運(yùn)碼方式：離線生成100萬(wàn)個(gè)幸運(yùn)碼，隨機(jī)打散，寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)幸運(yùn)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)從1自增的序列號(hào)，并使用Redis記錄幸運(yùn)碼序列號(hào)索引，初始值為1。

發(fā)放步驟如下：

1. 從Redis查詢幸運(yùn)碼序列號(hào)索引
2. 使用該索引查詢幸運(yùn)碼，并完成幸運(yùn)碼發(fā)放
3. 遞增Redis的序列號(hào)索引，確保序列號(hào)索引關(guān)聯(lián)的幸運(yùn)碼是下一個(gè)可發(fā)放的幸運(yùn)碼

缺陷分析：

• 存儲(chǔ)空間浪費(fèi)：未發(fā)放號(hào)碼占用存儲(chǔ)
• 擴(kuò)容效率低下：追加庫(kù)存需重新預(yù)生成

3.3 方案三：號(hào)段+子碼模式

采用號(hào)段+子碼機(jī)制：

• 號(hào)段管理：將10^6號(hào)碼劃分為1000個(gè)號(hào)段（號(hào)段值：0-999）
• 子碼管理：每個(gè)號(hào)段維護(hù)1000個(gè)可用子碼（子碼值：0-999）
• 生成規(guī)則：幸運(yùn)碼=隨機(jī)號(hào)段*1000+隨機(jī)子碼（示例：129358=129*1000+358）

3.4 方案對(duì)比

綜上，我們綜合幸運(yùn)碼生成速度、存儲(chǔ)效率、擴(kuò)容成本等指標(biāo)，最終采用了號(hào)段+子碼模式來(lái)生成幸運(yùn)碼。

四、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1 號(hào)段分層機(jī)制

將100萬(wàn)注幸運(yùn)碼劃分為1000個(gè)號(hào)段（每段1000注），每個(gè)號(hào)段由兩部分組成：

• 號(hào)段ID：號(hào)段ID為唯一且不重復(fù)的整數(shù)，范圍介于0到999之間。
• 子碼串：1000位字符串，采用"01"標(biāo)記使用狀態(tài)，0表示未使用，1表示已使用，初始全0。

幸運(yùn)碼生成公式：

 幸運(yùn)碼 = 號(hào)段ID * 1000 + 子碼位置

該設(shè)計(jì)既保留了生成幸運(yùn)碼的隨機(jī)性（號(hào)段ID隨機(jī)+子碼隨機(jī)），又通過(guò)子碼的類比特位存儲(chǔ)方式提升了存儲(chǔ)效率。

4.2 分布式并發(fā)控制

4.2.1 多級(jí)緩存策略

Redis存儲(chǔ)可用號(hào)段集合，若號(hào)段的子碼使用完，該號(hào)段會(huì)從Redis集合中剔除，同時(shí)本地緩存也會(huì)預(yù)加載可用號(hào)段，確保發(fā)碼時(shí)能更高效地獲取候選號(hào)段。

4.2.2 高效鎖搶占策略

系統(tǒng)為每個(gè)號(hào)段分配了分布式鎖，當(dāng)執(zhí)行發(fā)放幸運(yùn)碼時(shí)，會(huì)從本地緩存隨機(jī)獲取15個(gè)候選號(hào)段。然后在遍歷獲取號(hào)段時(shí)，將等待鎖的超時(shí)時(shí)間設(shè)置成30ms，確保號(hào)段被占用的情況下能夠快速遍歷到下一個(gè)號(hào)段（根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景統(tǒng)計(jì)，等待鎖的情況很少發(fā)生，一般最多遍歷到第二個(gè)號(hào)段即可成功搶占）。一旦成功獲得號(hào)段的分布式鎖后，便可進(jìn)一步隨機(jī)獲取該號(hào)段下的可用子碼。

4.2.3 動(dòng)態(tài)庫(kù)存策略

要追加庫(kù)存，只需再創(chuàng)建一組幸運(yùn)碼號(hào)段，并寫入Redis，后續(xù)發(fā)放時(shí)獲取該組的可用號(hào)段生成幸運(yùn)碼即可。從性能和存儲(chǔ)空間上遠(yuǎn)優(yōu)于預(yù)生成方式。

4.3 幸運(yùn)碼發(fā)放

發(fā)放步驟：

1. 隨機(jī)獲取至多15個(gè)可用號(hào)段
2. 遍歷號(hào)段
3. 搶占號(hào)段的分布式鎖
4. 若號(hào)段的分布式鎖搶占成功，則隨機(jī)獲取號(hào)段中可用的子碼，再根據(jù)號(hào)段和子碼生成幸運(yùn)碼
5. 若號(hào)段的分布式鎖搶占失敗，則遍歷下一個(gè)號(hào)段，并重復(fù)上述步驟

五、總結(jié)

（1）雙重隨機(jī)保障

• 一級(jí)隨機(jī)：號(hào)段選擇隨機(jī)（0-999）
• 二級(jí)隨機(jī)：子碼選擇隨機(jī)（0-999）
• 通過(guò)號(hào)段隨機(jī)和子碼隨機(jī)方式確保生成的幸運(yùn)碼完全隨機(jī)

（2）數(shù)據(jù)唯一性

• 通過(guò)號(hào)段唯一和號(hào)段內(nèi)的子碼唯一確保生成的幸運(yùn)碼全局唯一

（3）彈性擴(kuò)展能力

• 擴(kuò)容耗時(shí)僅需秒級(jí)別
• 存儲(chǔ)空間相比預(yù)生成方案節(jié)省80%

（4）高性能發(fā)放

• 通過(guò)多重緩存及高效號(hào)段搶占策略大幅提升幸運(yùn)碼生成效率
• 實(shí)測(cè)QPS>300，平均響應(yīng)時(shí)間<15ms

本設(shè)計(jì)方案通過(guò)創(chuàng)新的號(hào)段+子碼管理機(jī)制，在保證號(hào)碼隨機(jī)性和唯一性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了高并發(fā)場(chǎng)景下的穩(wěn)定服務(wù)能力，為類似號(hào)碼生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可復(fù)用的架構(gòu)范式。