解密高并發(fā)業(yè)務(wù)場景下典型的秒殺系統(tǒng)的架構(gòu)

很多小伙伴反饋說，高并發(fā)專題學(xué)了那么久，但是，在真正做項目時，仍然不知道如何下手處理高并發(fā)業(yè)務(wù)場景！甚至很多小伙伴仍然停留在只是簡單的提供接口（CRUD）階段，不知道學(xué)習(xí)的并發(fā)知識如何運(yùn)用到實(shí)際項目中，就更別提如何構(gòu)建高并發(fā)系統(tǒng)了！

究竟什么樣的系統(tǒng)算是高并發(fā)系統(tǒng)？今天，我們就一起解密高并發(fā)業(yè)務(wù)場景下典型的秒殺系統(tǒng)的架構(gòu)，結(jié)合高并發(fā)專題下的其他文章，學(xué)以致用。

電商系統(tǒng)架構(gòu)

在電商領(lǐng)域，存在著典型的秒殺業(yè)務(wù)場景，那何謂秒殺場景呢。簡單的來說就是一件商品的購買人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這件商品的庫存，而且這件商品在很短的時間內(nèi)就會被搶購一空。

比如每年的618、雙11大促，小米新品促銷等業(yè)務(wù)場景，就是典型的秒殺業(yè)務(wù)場景。

我們可以簡單的將電商系統(tǒng)的核心層分為：負(fù)載均衡層、應(yīng)用層和持久層。接下來，我們就預(yù)估下每一層的并發(fā)量。

• 假如負(fù)載均衡層使用的是高性能的Nginx，則我們可以預(yù)估Nginx最大的并發(fā)度為：10W+，這里是以萬為單位。

• 假設(shè)應(yīng)用層我們使用的是Tomcat，而Tomcat的最大并發(fā)度可以預(yù)估為800左右，這里是以百為單位。

• 假設(shè)持久層的緩存使用的是Redis，數(shù)據(jù)庫使用的是MySQL，MySQL的最大并發(fā)度可以預(yù)估為1000左右，以千為單位。Redis的最大并發(fā)度可以預(yù)估為5W左右，以萬為單位。

所以，負(fù)載均衡層、應(yīng)用層和持久層各自的并發(fā)度是不同的，那么，為了提升系統(tǒng)的總體并發(fā)度和緩存，我們通?？梢圆扇∧男┓桨改?？

（1）系統(tǒng)擴(kuò)容

系統(tǒng)擴(kuò)容包括垂直擴(kuò)容和水平擴(kuò)容，增加設(shè)備和機(jī)器配置，絕大多數(shù)的場景有效。

（2）緩存

本地緩存或者集中式緩存，減少網(wǎng)絡(luò)IO，基于內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)。大部分場景有效。

（3）讀寫分離

采用讀寫分離，分而治之，增加機(jī)器的并行處理能力。

秒殺系統(tǒng)的特點(diǎn)

對于秒殺系統(tǒng)來說，我們可以從業(yè)務(wù)和技術(shù)兩個角度來闡述其自身存在的一些特點(diǎn)。

秒殺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)

這里，我們可以使用12306網(wǎng)站來舉例，每年春運(yùn)時，12306網(wǎng)站的訪問量是非常大的，但是網(wǎng)站平時的訪問量卻是比較平緩的，也就是說，每年春運(yùn)時節(jié)，12306網(wǎng)站的訪問量會出現(xiàn)瞬時突增的現(xiàn)象。

再比如，小米秒殺系統(tǒng)，在上午10點(diǎn)開售商品，10點(diǎn)前的訪問量比較平緩，10點(diǎn)時同樣會出現(xiàn)并發(fā)量瞬時突增的現(xiàn)象。

所以，秒殺系統(tǒng)的流量和并發(fā)量我們可以使用下圖來表示。

由圖可以看出，秒殺系統(tǒng)的并發(fā)量存在瞬時凸峰的特點(diǎn)，也叫做流量突刺現(xiàn)象。

（1）限時、限量、限價

在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行；秒殺活動中商品的數(shù)量有限；商品的價格會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原來的價格，也就是說，在秒殺活動中，商品會以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原來的價格出售。

例如，秒殺活動的時間僅限于某天上午10點(diǎn)到10點(diǎn)半，商品數(shù)量只有10萬件，售完為止，而且商品的價格非常低，例如：1元購等業(yè)務(wù)場景。

限時、限量和限價可以單獨(dú)存在，也可以組合存在。

（2）活動預(yù)熱

需要提前配置活動；活動還未開始時，用戶可以查看活動的相關(guān)信息；秒殺活動開始前，對活動進(jìn)行大力宣傳。

（3）持續(xù)時間短

購買的人數(shù)數(shù)量龐大；商品會迅速售完。

在系統(tǒng)流量呈現(xiàn)上，就會出現(xiàn)一個突刺現(xiàn)象，此時的并發(fā)訪問量是非常高的，大部分秒殺場景下，商品會在極短的時間內(nèi)售完。

秒殺系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

我們可以將秒殺系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)如下。

（1）瞬時并發(fā)量非常高

大量用戶會在同一時間搶購商品；瞬間并發(fā)峰值非常高。

（2）讀多寫少

系統(tǒng)中商品頁的訪問量巨大；商品的可購買數(shù)量非常少；庫存的查詢訪問數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于商品的購買數(shù)量。

在商品頁中往往會加入一些限流措施，例如早期的秒殺系統(tǒng)商品頁會加入驗證碼來平滑前端對系統(tǒng)的訪問流量，近期的秒殺系統(tǒng)商品詳情頁會在用戶打開頁面時，提示用戶登錄系統(tǒng)。這都是對系統(tǒng)的訪問進(jìn)行限流的一些措施。

（3）流程簡單

秒殺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程一般比較簡單；總體上來說，秒殺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程可以概括為：下單減庫存。

秒殺三階段

通常，從秒殺開始到結(jié)束，往往會經(jīng)歷三個階段：

• 準(zhǔn)備階段：這個階段也叫作系統(tǒng)預(yù)熱階段，此時會提前預(yù)熱秒殺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，往往這個時候，用戶會不斷刷新秒殺頁面，來查看秒殺活動是否已經(jīng)開始。在一定程度上，通過用戶不斷刷新頁面的操作，可以將一些數(shù)據(jù)存儲到Redis中進(jìn)行預(yù)熱。
• 秒殺階段：這個階段主要是秒殺活動的過程，會產(chǎn)生瞬時的高并發(fā)流量，對系統(tǒng)資源會造成巨大的沖擊，所以，在秒殺階段一定要做好系統(tǒng)防護(hù)。
• 結(jié)算階段： 完成秒殺后的數(shù)據(jù)處理工作，比如數(shù)據(jù)的一致性問題處理，異常情況處理，商品的回倉處理等。

針對這種短時間內(nèi)大流量的系統(tǒng)來說，就不太適合使用系統(tǒng)擴(kuò)容了，因為即使系統(tǒng)擴(kuò)容了，也就是在很短的時間內(nèi)會使用到擴(kuò)容后的系統(tǒng)，大部分時間內(nèi)，系統(tǒng)無需擴(kuò)容即可正常訪問。

那么，我們可以采取哪些方案來提升系統(tǒng)的秒殺性能呢？

秒殺系統(tǒng)方案

針對秒殺系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們可以采取如下的措施來提升系統(tǒng)的性能。

（1）異步解耦

將整體流程進(jìn)行拆解，核心流程通過隊列方式進(jìn)行控制。

（2）限流防刷

控制網(wǎng)站整體流量，提高請求的門檻，避免系統(tǒng)資源耗盡。

（3）資源控制

將整體流程中的資源調(diào)度進(jìn)行控制，揚(yáng)長避短。

由于應(yīng)用層能夠承載的并發(fā)量比緩存的并發(fā)量少很多。所以，在高并發(fā)系統(tǒng)中，我們可以直接使用OpenResty由負(fù)載均衡層訪問緩存，避免了調(diào)用應(yīng)用層的性能損耗。

大家可以到https://openresty.org/cn/來了解有關(guān)OpenResty更多的知識。同時，由于秒殺系統(tǒng)中，商品數(shù)量比較少，我們也可以使用動態(tài)渲染技術(shù)，CDN技術(shù)來加速網(wǎng)站的訪問性能。

如果在秒殺活動開始時，并發(fā)量太高時，我們可以將用戶的請求放入隊列中進(jìn)行處理，并為用戶彈出排隊頁面。

注：圖片來自魅族

秒殺系統(tǒng)時序圖

網(wǎng)上很多的秒殺系統(tǒng)和對秒殺系統(tǒng)的解決方案，并不是真正的秒殺系統(tǒng)，他們采用的只是同步處理請求的方案，一旦并發(fā)量真的上來了，他們所謂的秒殺系統(tǒng)的性能會急劇下降。我們先來看一下秒殺系統(tǒng)在同步下單時的時序圖。

同步下單流程

1.用戶發(fā)起秒殺請求

在同步下單流程中，首先，用戶發(fā)起秒殺請求。商城服務(wù)需要依次執(zhí)行如下流程來處理秒殺請求的業(yè)務(wù)。

（1）識別驗證碼是否正確

商城服務(wù)判斷用戶發(fā)起秒殺請求時提交的驗證碼是否正確。

（2）判斷活動是否已經(jīng)結(jié)束

驗證當(dāng)前秒殺活動是否已經(jīng)結(jié)束。

（3）驗證訪問請求是否處于黑名單

在電商領(lǐng)域中，存在著很多的惡意競爭，也就是說，其他商家可能會通過不正當(dāng)手段來惡意請求秒殺系統(tǒng)，占用系統(tǒng)大量的帶寬和其他系統(tǒng)資源。

此時，就需要使用風(fēng)控系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)黑名單機(jī)制。為了簡單，也可以使用攔截器統(tǒng)計訪問頻次實(shí)現(xiàn)黑名單機(jī)制。

（4）驗證真實(shí)庫存是否足夠

系統(tǒng)需要驗證商品的真實(shí)庫存是否足夠，是否能夠支持本次秒殺活動的商品庫存量。

（5）扣減緩存中的庫存

在秒殺業(yè)務(wù)中，往往會將商品庫存等信息存放在緩存中，此時，還需要驗證秒殺活動使用的商品庫存是否足夠，并且需要扣減秒殺活動的商品庫存數(shù)量。

（6）計算秒殺的價格

由于在秒殺活動中，商品的秒殺價格和商品的真實(shí)價格存在差異，所以，需要計算商品的秒殺價格。

注意：如果在秒殺場景中，系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)更加復(fù)雜的話，會涉及更多的業(yè)務(wù)操作，這里，我只是列舉出一些常見的業(yè)務(wù)操作。

2.提交訂單

（1）訂單入口

將用戶提交的訂單信息保存到數(shù)據(jù)庫中。

（2）扣減真實(shí)庫存

訂單入庫后，需要在商品的真實(shí)庫存中將本次成功下單的商品數(shù)量扣除。

如果我們使用上述流程開發(fā)了一個秒殺系統(tǒng)，當(dāng)用戶發(fā)起秒殺請求時，由于系統(tǒng)每個業(yè)務(wù)流程都是串行執(zhí)行的，整體上系統(tǒng)的性能不會太高，當(dāng)并發(fā)量太高時，我們會為用戶彈出下面的排隊頁面，來提示用戶進(jìn)行等待。

此時的排隊時間可能是15秒，也可能是30秒，甚至是更長時間。這就存在一個問題：在用戶發(fā)起秒殺請求到服務(wù)器返回結(jié)果的這段時間內(nèi)，客戶端和服務(wù)器之間的連接不會被釋放，這就會占大量占用服務(wù)器的資源。

網(wǎng)上很多介紹如何實(shí)現(xiàn)秒殺系統(tǒng)的文章都是采用的這種方式，那么，這種方式能做秒殺系統(tǒng)嗎？答案是可以做，但是這種方式支撐的并發(fā)量并不是太高。

此時，有些小伙伴可能會問：我們公司就是這樣做的秒殺系統(tǒng)啊！上線后一直在用，沒啥問題??！

我想說的是：使用同步下單方式確實(shí)可以做秒殺系統(tǒng)，但是同步下單的性能不會太高。

之所以你們公司采用同步下單的方式做秒殺系統(tǒng)沒出現(xiàn)大的問題，那是因為你們的秒殺系統(tǒng)的并發(fā)量沒達(dá)到一定的量級，也就是說，你們的秒殺系統(tǒng)的并發(fā)量其實(shí)并不高。

所以，很多所謂的秒殺系統(tǒng)，存在著秒殺的業(yè)務(wù)，但是稱不上真正的秒殺系統(tǒng)，原因就在于他們使用的是同步的下單流程，限制了系統(tǒng)的并發(fā)流量。之所以上線后沒出現(xiàn)太大的問題，是因為系統(tǒng)的并發(fā)量不高，不足以壓死整個系統(tǒng)。

如果12306、淘寶、天貓、京東、小米等大型商城的秒殺系統(tǒng)是這么玩的話，那么，他們的系統(tǒng)遲早會被玩死，他們的系統(tǒng)工程師不被開除才怪！所以，在秒殺系統(tǒng)中，這種同步處理下單的業(yè)務(wù)流程的方案是不可取的。

以上就是同步下單的整個流程操作，如果下單流程更加復(fù)雜的話，就會涉及到更多的業(yè)務(wù)操作。

異步下單流程

既然同步下單流程的秒殺系統(tǒng)稱不上真正的秒殺系統(tǒng)，那我們就需要采用異步的下單流程了。異步的下單流程不會限制系統(tǒng)的高并發(fā)流量。

1.用戶發(fā)起秒殺請求

用戶發(fā)起秒殺請求后，商城服務(wù)會經(jīng)過如下業(yè)務(wù)流程。

（1）檢測驗證碼是否正確

用戶發(fā)起秒殺請求時，會將驗證碼一同發(fā)送過來，系統(tǒng)會檢驗驗證碼是否有效，并且是否正確。

（2）是否限流

系統(tǒng)會對用戶的請求進(jìn)行是否限流的判斷，這里，我們可以通過判斷消息隊列的長度來進(jìn)行判斷。因為我們將用戶的請求放在了消息隊列中，消息隊列中堆積的是用戶的請求，我們可以根據(jù)當(dāng)前消息隊列中存在的待處理的請求數(shù)量來判斷是否需要對用戶的請求進(jìn)行限流處理。

例如，在秒殺活動中，我們出售1000件商品，此時在消息隊列中存在1000個請求，如果后續(xù)仍然有用戶發(fā)起秒殺請求，則后續(xù)的請求我們可以不再處理，直接向用戶返回商品已售完的提示。

所以，使用限流后，我們可以更快的處理用戶的請求和釋放連接的資源。

（3）發(fā)送MQ

用戶的秒殺請求通過前面的驗證后，我們就可以將用戶的請求參數(shù)等信息發(fā)送到MQ中進(jìn)行異步處理，同時，向用戶響應(yīng)結(jié)果信息。在商城服務(wù)中，會有專門的異步任務(wù)處理模塊來消費(fèi)消息隊列中的請求，并處理后續(xù)的異步流程。

在用戶發(fā)起秒殺請求時，異步下單流程比同步下單流程處理的業(yè)務(wù)操作更少，它將后續(xù)的操作通過MQ發(fā)送給異步處理模塊進(jìn)行處理，并迅速向用戶返回響應(yīng)結(jié)果，釋放請求連接。

2.異步處理

我們可以將下單流程的如下操作進(jìn)行異步處理。

（1）判斷活動是否已經(jīng)結(jié)束

（2）判斷本次請求是否處于系統(tǒng)黑名單，為了防止電商領(lǐng)域同行的惡意競爭可以為系統(tǒng)增加黑名單機(jī)制，將惡意的請求放入系統(tǒng)的黑名單中。可以使用攔截器統(tǒng)計訪問頻次來實(shí)現(xiàn)。

（3）扣減緩存中的秒殺商品的庫存數(shù)量。

（4）生成秒殺Token，這個Token是綁定當(dāng)前用戶和當(dāng)前秒殺活動的，只有生成了秒殺Token的請求才有資格進(jìn)行秒殺活動。

這里我們引入了異步處理機(jī)制，在異步處理中，系統(tǒng)使用多少資源，分配多少線程來處理相應(yīng)的任務(wù)，是可以進(jìn)行控制的。

3.短輪詢查詢秒殺結(jié)果

這里，可以采取客戶端短輪詢查詢是否獲得秒殺資格的方案。例如，客戶端可以每隔3秒鐘輪詢請求服務(wù)器，查詢是否獲得秒殺資格，這里，我們在服務(wù)器的處理就是判斷當(dāng)前用戶是否存在秒殺Token，如果服務(wù)器為當(dāng)前用戶生成了秒殺Token，則當(dāng)前用戶存在秒殺資格。否則繼續(xù)輪詢查詢，直到超時或者服務(wù)器返回商品已售完或者無秒殺資格等信息為止。

采用短輪詢查詢秒殺結(jié)果時，在頁面上我們同樣可以提示用戶排隊處理中，但是此時客戶端會每隔幾秒輪詢服務(wù)器查詢秒殺資格的狀態(tài)，相比于同步下單流程來說，無需長時間占用請求連接。

此時，可能會有網(wǎng)友會問：采用短輪詢查詢的方式，會不會存在直到超時也查詢不到是否具有秒殺資格的狀態(tài)呢？答案是：有可能！

這里我們試想一下秒殺的真實(shí)場景，商家參加秒殺活動本質(zhì)上不是為了賺錢，而是提升商品的銷量和商家的知名度，吸引更多的用戶來買自己的商品。所以，我們不必保證用戶能夠100%的查詢到是否具有秒殺資格的狀態(tài)。

4.秒殺結(jié)算

（1）驗證下單Token

客戶端提交秒殺結(jié)算時，會將秒殺Token一同提交到服務(wù)器，商城服務(wù)會驗證當(dāng)前的秒殺Token是否有效。

（2）加入秒殺購物車

商城服務(wù)在驗證秒殺Token合法并有效后，會將用戶秒殺的商品添加到秒殺購物車。

5.提交訂單

（1）訂單入庫

將用戶提交的訂單信息保存到數(shù)據(jù)庫中。

（2）刪除Token

秒殺商品訂單入庫成功后，刪除秒殺Token。

這里大家可以思考一個問題：我們?yōu)槭裁粗辉诋惒较聠瘟鞒痰姆凵糠植捎卯惒教幚恚鴽]有在其他部分采取異步削峰和填谷的措施呢？

這是因為在異步下單流程的設(shè)計中，無論是在產(chǎn)品設(shè)計上還是在接口設(shè)計上，我們在用戶發(fā)起秒殺請求階段對用戶的請求進(jìn)行了限流操作，可以說，系統(tǒng)的限流操作是非常前置的。

在用戶發(fā)起秒殺請求時進(jìn)行了限流，系統(tǒng)的高峰流量已經(jīng)被平滑解決了，再往后走，其實(shí)系統(tǒng)的并發(fā)量和系統(tǒng)流量并不是非常高了。

所以，網(wǎng)上很多的文章和帖子中在介紹秒殺系統(tǒng)時，說是在下單時使用異步削峰來進(jìn)行一些限流操作，那都是在扯淡！因為下單操作在整個秒殺系統(tǒng)的流程中屬于比較靠后的操作了，限流操作一定要前置處理，在秒殺業(yè)務(wù)后面的流程中做限流操作是沒啥卵用的。

高并發(fā)“黑科技”與致勝奇招

假設(shè)，在秒殺系統(tǒng)中我們使用Redis實(shí)現(xiàn)緩存，假設(shè)Redis的讀寫并發(fā)量在5萬左右。我們的商城秒殺業(yè)務(wù)需要支持的并發(fā)量在100萬左右。

如果這100萬的并發(fā)全部打入Redis中，Redis很可能就會掛掉，那么，我們?nèi)绾谓鉀Q這個問題呢？接下來，我們就一起來探討這個問題。

在高并發(fā)的秒殺系統(tǒng)中，如果采用Redis緩存數(shù)據(jù)，則Redis緩存的并發(fā)處理能力是關(guān)鍵，因為很多的前綴操作都需要訪問Redis。而異步削峰只是基本的操作，關(guān)鍵還是要保證Redis的并發(fā)處理能力。

解決這個問題的關(guān)鍵思想就是：分而治之，將商品庫存分開放。

暗度陳倉

我們在Redis中存儲秒殺商品的庫存數(shù)量時，可以將秒殺商品的庫存進(jìn)行“分割”存儲來提升Redis的讀寫并發(fā)量。

例如，原來的秒殺商品的id為10001，庫存為1000件，在Redis中的存儲為(10001, 1000)，我們將原有的庫存分割為5份，則每份的庫存為200件，此時，我們在Redia中存儲的信息為(10001_0, 200)，(10001_1, 200)，(10001_2, 200)，(10001_3, 200)，(10001_4, 200)。

此時，我們將庫存進(jìn)行分割后，每個分割后的庫存使用商品id加上一個數(shù)字標(biāo)識來存儲，這樣，在對存儲商品庫存的每個Key進(jìn)行Hash運(yùn)算時，得出的Hash結(jié)果是不同的，這就說明，存儲商品庫存的Key有很大概率不在Redis的同一個槽位中，這就能夠提升Redis處理請求的性能和并發(fā)量。

分割庫存后，我們還需要在Redis中存儲一份商品id和分割庫存后的Key的映射關(guān)系，此時映射關(guān)系的Key為商品的id，也就是10001，Value為分割庫存后存儲庫存信息的Key，也就是10001_0，10001_1，10001_2，10001_3，10001_4。在Redis中我們可以使用List來存儲這些值。

在真正處理庫存信息時，我們可以先從Redis中查詢出秒殺商品對應(yīng)的分割庫存后的所有Key，同時使用AtomicLong來記錄當(dāng)前的請求數(shù)量，使用請求數(shù)量對從Redia中查詢出的秒殺商品對應(yīng)的分割庫存后的所有Key的長度進(jìn)行求模運(yùn)算，得出的結(jié)果為0，1，2，3，4。再在前面拼接上商品id就可以得出真正的庫存緩存的Key。此時，就可以根據(jù)這個Key直接到Redis中獲取相應(yīng)的庫存信息。

移花接木

在高并發(fā)業(yè)務(wù)場景中，我們可以直接使用Lua腳本庫（OpenResty）從負(fù)載均衡層直接訪問緩存。

這里，我們思考一個場景：如果在秒殺業(yè)務(wù)場景中，秒殺的商品被瞬間搶購一空。此時，用戶再發(fā)起秒殺請求時，如果系統(tǒng)由負(fù)載均衡層請求應(yīng)用層的各個服務(wù)，再由應(yīng)用層的各個服務(wù)訪問緩存和數(shù)據(jù)庫，其實(shí)，本質(zhì)上已經(jīng)沒有任何意義了，因為商品已經(jīng)賣完了，再通過系統(tǒng)的應(yīng)用層進(jìn)行層層校驗已經(jīng)沒有太多意義了?。《鴳?yīng)用層的并發(fā)訪問量是以百為單位的，這又在一定程度上會降低系統(tǒng)的并發(fā)度。

為了解決這個問題，此時，我們可以在系統(tǒng)的負(fù)載均衡層取出用戶發(fā)送請求時攜帶的用戶id，商品id和秒殺活動id等信息，直接通過Lua腳本等技術(shù)來訪問緩存中的庫存信息。如果秒殺商品的庫存小于或者等于0，則直接返回用戶商品已售完的提示信息，而不用再經(jīng)過應(yīng)用層的層層校驗了。 針對這個架構(gòu)，我們可以參見本文中的電商系統(tǒng)的架構(gòu)圖（正文開始的第一張圖）。

Redis助力秒殺系統(tǒng)

我們可以在Redis中設(shè)計一個Hash數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，來支持商品庫存的扣減操作，如下所示。

seckill${goodsId}{
totalCount:200,
initStatus:0,
seckillCount:0
}

在我們設(shè)計的Hash數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，有三個非常主要的屬性。

• totalCount：表示參與秒殺的商品的總數(shù)量，在秒殺活動開始前，我們就需要提前將此值加載到Redis緩存中。
• initStatus：我們把這個值設(shè)計成一個布爾值。秒殺開始前，這個值為0，表示秒殺未開始?？梢酝ㄟ^定時任務(wù)或者后臺操作，將此值修改為1，則表示秒殺開始。
• seckillCount：表示秒殺的商品數(shù)量，在秒殺過程中，此值的上限為totalCount，當(dāng)此值達(dá)到totalCount時，表示商品已經(jīng)秒殺完畢。

我們可以通過下面的代碼片段在秒殺預(yù)熱階段，將要參與秒殺的商品數(shù)據(jù)加載的緩存。

/**
*@authorbinghe
*@description秒殺前構(gòu)建商品緩存代碼示例
*/
publicclassSeckillCacheBuilder{
privatestaticfinalStringGOODS_CACHE="seckill";
privateStringgetCacheKey(Stringid){
returnGOODS_CACHE.concat(id);
}
publicvoidprepare(Stringid,inttotalCount){
Stringkey=getCacheKey(id);
Mapgoods=newHashMap<>();
goods.put("totalCount",totalCount);
goods.put("initStatus",0);
goods.put("seckillCount",0);
redisTemplate.opsForHash().putAll(key,goods);
}
}

秒殺開始的時候，我們需要在代碼中首先判斷緩存中的seckillCount值是否小于totalCount值，如果seckillCount值確實(shí)小于totalCount值，我們才能夠?qū)齑孢M(jìn)行鎖定。在我們的程序中，這兩步其實(shí)并不是原子性的。如果在分布式環(huán)境中，我們通過多臺機(jī)器同時操作Redis緩存，就會發(fā)生同步問題，進(jìn)而引起“超賣”的嚴(yán)重后果。

在電商領(lǐng)域，有一個專業(yè)名詞叫作“超賣”。顧名思義：“超賣”就是說賣出的商品數(shù)量比商品的庫存數(shù)量多，這在電商領(lǐng)域是一個非常嚴(yán)重的問題。那么，我們?nèi)绾谓鉀Q“超賣”問題呢？

Lua腳本完美解決超賣問題

我們?nèi)绾谓鉀Q多臺機(jī)器同時操作Redis出現(xiàn)的同步問題呢？一個比較好的方案就是使用Lua腳本。我們可以使用Lua腳本將Redis中扣減庫存的操作封裝成一個原子操作，這樣就能夠保證操作的原子性，從而解決高并發(fā)環(huán)境下的同步問題。

例如，我們可以編寫如下的Lua腳本代碼，來執(zhí)行Redis中的庫存扣減操作。

localresultFlag="0"
localn=tonumber(ARGV[1])
localkey=KEYS[1]
localgoodsInfo=redis.call("HMGET",key,"totalCount","seckillCount")
localtotal=tonumber(goodsInfo[1])
localalloc=tonumber(goodsInfo[2])
ifnottotalthen
returnresultFlag
end
iftotal>=alloc+nthen
localret=redis.call("HINCRBY",key,"seckillCount",n)
returntostring(ret)
end
returnresultFlag

我們可以使用如下的Java代碼來調(diào)用上述Lua腳本。

publicintsecKill(Stringid,intnumber){
Stringkey=getCacheKey(id);
ObjectseckillCount=redisTemplate.execute(script,Arrays.asList(key),String.valueOf(number));
returnInteger.valueOf(seckillCount.toString());
}

這樣，我們在執(zhí)行秒殺活動時，就能夠保證操作的原子性，從而有效的避免數(shù)據(jù)的同步問題，進(jìn)而有效的解決了“超賣”問題。

為了應(yīng)對秒殺系統(tǒng)高并發(fā)大流量的業(yè)務(wù)場景，除了秒殺系統(tǒng)本身的業(yè)務(wù)架構(gòu)外，我們還要進(jìn)一步優(yōu)化服務(wù)器硬件的性能，接下來，我們就一起來看一下如何優(yōu)化服務(wù)器的性能。

優(yōu)化服務(wù)器性能

操作系統(tǒng)

這里，我使用的操作系統(tǒng)為CentOS 8，我們可以輸入如下命令來查看操作系統(tǒng)的版本。

CentOSLinuxrelease8.0.1905(Core)

對于高并發(fā)的場景，我們主要還是優(yōu)化操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能，而操作系統(tǒng)中，有很多關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的參數(shù)，我們對于服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化，主要是對這些系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以達(dá)到提升我們應(yīng)用訪問性能的目的。

系統(tǒng)參數(shù)

在CentOS 操作系統(tǒng)中，我們可以通過如下命令來查看所有的系統(tǒng)參數(shù)。

/sbin/sysctl-a

部分輸出結(jié)果如下所示。

這里的參數(shù)太多了，大概有一千多個，在高并發(fā)場景下，我們不可能對操作系統(tǒng)的所有參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)。我們更多的是關(guān)注與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的參數(shù)。如果想獲得與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的參數(shù)，那么，我們首先需要獲取操作系統(tǒng)參數(shù)的類型，如下命令可以獲取操作系統(tǒng)參數(shù)的類型。

/sbin/sysctl-a|awk-F"."'{print$1}'|sort-k1|uniq

運(yùn)行命令輸出的結(jié)果信息如下所示。

abi
crypto
debug
dev
fs
kernel
net
sunrpc
user
vm

其中的net類型就是我們要關(guān)注的與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的操作系統(tǒng)參數(shù)。我們可以獲取net類型下的子類型，如下所示。

/sbin/sysctl-a|grep"^net."|awk-F"[.|]"'{print$2}'|sort-k1|uniq

輸出的結(jié)果信息如下所示。

bridge
core
ipv4
ipv6
netfilter
nf_conntrack_max
unix

在Linux操作系統(tǒng)中，這些與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的參數(shù)都可以在/etc/sysctl.conf 文件里修改，如果/etc/sysctl.conf 文件中不存在這些參數(shù)，我們可以自行在/etc/sysctl.conf 文件中添加這些參數(shù)。

在net類型的子類型中，我們需要重點(diǎn)關(guān)注的子類型有：core和ipv4。

優(yōu)化套接字緩沖區(qū)

如果服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)套接字緩沖區(qū)太小，就會導(dǎo)致應(yīng)用程序讀寫多次才能將數(shù)據(jù)處理完，這會大大影響我們程序的性能。如果網(wǎng)絡(luò)套接字緩沖區(qū)設(shè)置的足夠大，從一定程度上能夠提升我們程序的性能。

我們可以在服務(wù)器的命令行輸入如下命令，來獲取有關(guān)服務(wù)器套接字緩沖區(qū)的信息。

/sbin/sysctl-a|grep"^net."|grep"[r|w|_]mem[_|]"

輸出的結(jié)果信息如下所示。

net.core.rmem_default=212992
net.core.rmem_max=212992
net.core.wmem_default=212992
net.core.wmem_max=212992
net.ipv4.tcp_mem=435455806287090
net.ipv4.tcp_rmem=4096873806291456
net.ipv4.tcp_wmem=4096163844194304
net.ipv4.udp_mem=87093116125174186
net.ipv4.udp_rmem_min=4096
net.ipv4.udp_wmem_min=4096

其中，帶有max、default、min關(guān)鍵字的為分別代表：最大值、默認(rèn)值和最小值；帶有mem、rmem、wmem關(guān)鍵字的分別為：總內(nèi)存、接收緩沖區(qū)內(nèi)存、發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)存。

這里需要注意的是：帶有rmem 和 wmem關(guān)鍵字的單位都是“字節(jié)”，而帶有mem關(guān)鍵字的單位是“頁”?！绊摗笔遣僮飨到y(tǒng)管理內(nèi)存的最小單位，在 Linux 系統(tǒng)里，默認(rèn)一頁是 4KB 大小。

如何優(yōu)化頻繁收發(fā)大文件

如果在高并發(fā)場景下，需要頻繁的收發(fā)大文件，我們該如何優(yōu)化服務(wù)器的性能呢？

這里，我們可以修改的系統(tǒng)參數(shù)如下所示。

net.core.rmem_default
net.core.rmem_max
net.core.wmem_default
net.core.wmem_max
net.ipv4.tcp_mem
net.ipv4.tcp_rmem
net.ipv4.tcp_wmem

這里，我們做個假設(shè)，假設(shè)系統(tǒng)最大可以給TCP分配 2GB 內(nèi)存，最小值為 256MB，壓力值為 1.5GB。按照一頁為 4KB 來計算， tcp_mem 的最小值、壓力值、最大值分別是 65536、393216、524288，單位是“頁” 。

假如平均每個文件數(shù)據(jù)包為 512KB，每個套接字讀寫緩沖區(qū)最小可以各容納 2 個數(shù)據(jù)包，默認(rèn)可以各容納 4 個數(shù)據(jù)包，最大可以各容納 10 個數(shù)據(jù)包，那我們可以算出 tcp_rmem 和 tcp_wmem 的最小值、默認(rèn)值、最大值分別是 1048576、2097152、5242880，單位是“字節(jié)”。而 rmem_default 和 wmem_default 是 2097152，rmem_max 和 wmem_max 是 5242880。

注：后面詳細(xì)介紹這些數(shù)值是如何計算的~~

這里，還需要注意的是：緩沖區(qū)超過了 65535，還需要將 net.ipv4.tcp_window_scaling 參數(shù)設(shè)置為 1。

經(jīng)過上面的分析后，我們最終得出的系統(tǒng)調(diào)優(yōu)參數(shù)如下所示。

net.core.rmem_default=2097152
net.core.rmem_max=5242880
net.core.wmem_default=2097152
net.core.wmem_max=5242880
net.ipv4.tcp_mem=65536393216524288
net.ipv4.tcp_rmem=104857620971525242880
net.ipv4.tcp_wmem=104857620971525242880

優(yōu)化TCP連接

對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有一定了解的小伙伴都知道，TCP的連接需要經(jīng)過“三次握手”和“四次揮手”的，還要經(jīng)過慢啟動、滑動窗口、粘包算法等支持可靠性傳輸?shù)囊幌盗屑夹g(shù)支持。雖然，這些能夠保證TCP協(xié)議的可靠性，但有時這會影響我們程序的性能。

那么，在高并發(fā)場景下，我們該如何優(yōu)化TCP連接呢？

（1）關(guān)閉粘包算法

如果用戶對于請求的耗時很敏感，我們就需要在TCP套接字上添加tcp_nodelay參數(shù)來關(guān)閉粘包算法，以便數(shù)據(jù)包能夠立刻發(fā)送出去。此時，我們也可以設(shè)置net.ipv4.tcp_syncookies的參數(shù)值為1。

（2）避免頻繁的創(chuàng)建和回收連接資源

網(wǎng)絡(luò)連接的創(chuàng)建和回收是非常消耗性能的，我們可以通過關(guān)閉空閑的連接、重復(fù)利用已經(jīng)分配的連接資源來優(yōu)化服務(wù)器的性能。重復(fù)利用已經(jīng)分配的連接資源大家其實(shí)并不陌生，像：線程池、數(shù)據(jù)庫連接池就是復(fù)用了線程和數(shù)據(jù)庫連接。

我們可以通過如下參數(shù)來關(guān)閉服務(wù)器的空閑連接和復(fù)用已分配的連接資源。

net.ipv4.tcp_tw_reuse=1
net.ipv4.tcp_tw_recycle=1
net.ipv4.tcp_fin_timeout=30
net.ipv4.tcp_keepalive_time=1800

（3）避免重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)包

TCP支持超時重傳機(jī)制。如果發(fā)送方將數(shù)據(jù)包已經(jīng)發(fā)送給接收方，但發(fā)送方并未收到反饋，此時，如果達(dá)到設(shè)置的時間間隔，就會觸發(fā)TCP的超時重傳機(jī)制。為了避免發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包再次發(fā)送，我們需要將服務(wù)器的net.ipv4.tcp_sack參數(shù)設(shè)置為1。

（4）增大服務(wù)器文件描述符數(shù)量

在Linux操作系統(tǒng)中，一個網(wǎng)絡(luò)連接也會占用一個文件描述符，連接越多，占用的文件描述符也就越多。如果文件描述符設(shè)置的比較小，也會影響我們服務(wù)器的性能。此時，我們就需要增大服務(wù)器文件描述符的數(shù)量。

例如：fs.file-max = 10240000，表示服務(wù)器最多可以打開10240000個文件。
責(zé)任編輯：haq