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這兩天，拼多多上了頭條。因為，拼多多的砍價細則被公開了，后面居然有6位小數(shù)。

基于熱點，我想到了一個秒殺系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，今天分享給大家！

「在高并發(fā)情況下的秒殺優(yōu)化，我們知道當并發(fā)數(shù)達到一定量的時候，會對數(shù)據(jù)庫服務器帶來很大的壓力，那么如何緩解這些壓力以及提高并發(fā)的 QPS 就是整個項目的解決重點，也是我們優(yōu)化系統(tǒng)的目標。」

高并發(fā)也經(jīng)常是我們面試中比問的知識點，最近我基于所學的知識，實現(xiàn)了一個秒殺系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)擁有以下功能：

接口限流防刷
數(shù)學圖形驗證碼
秒殺接口地址隱藏
RabbitMQ異步下單
秒殺靜態(tài)化 + 訂單詳情靜態(tài)化
商品詳情頁面靜態(tài)化（前后端分離）
頁面緩存 + URL緩存 + 對象緩存
使用JMeter壓測秒殺系統(tǒng)（秒殺接口的壓測及結果）
秒殺商品詳情頁 + 秒殺倒計時功能實現(xiàn)
分布式Session
JSR303參數(shù)校驗 + 全局異常處理
多次 MD5 加密設計與登錄實現(xiàn)
通用緩存 Key 的設計與封裝
緩存擊穿和緩存雪崩以及緩存一致性等
。。。

項目的亮點：

使用分布式 Seesion，可以實現(xiàn)讓多臺服務器同時可以響應。
使用 redis 做緩存提高訪問速度和并發(fā)量，減少數(shù)據(jù)庫壓力，利用內(nèi)存標記減少 redis 的訪問。
使用頁面靜態(tài)化，加快用戶訪問速度，提高 QPS，緩存頁面至瀏覽器，前后端分離降低服務器壓力。
使用消息隊列完成異步下單，提升用戶體驗，削峰和降流。
安全性優(yōu)化：雙重 md5 密碼校驗，秒殺接口地址的隱藏，接口限流防刷，數(shù)學公式驗證碼。

「主要知識點：」

「分布式Seesion」
我們的秒殺服務，實際的應用可能不止部署在一個服務器上，而是分布式的多臺服務器，這時候假如用戶登錄是在第一個服務器，第一個請求到了第一臺服務器，但是第二個請求到了第二個服務器，那么用戶的session信息就丟失了。
解決：session同步，無論訪問那一臺服務器，session都可以取得到，利用「redis緩存的方法，另外使用一個redis服務器專門用于存放用戶的session信息。這樣就不會出現(xiàn)用戶session丟失的情況」。（每次需要session，從緩存中取即可）
「redis緩解數(shù)據(jù)庫壓力」
本項目大量的利用了緩存技術，包括用戶信息緩存（分布式session），商品信息的緩存，商品庫存緩存，訂單的緩存，頁面緩存，對象緩存減少了對數(shù)據(jù)庫服務器的訪問。
「通用緩存key封裝」
大量的緩存引用也出現(xiàn)了一個問題，如何識別不同模塊中的緩存（key值重復，如何辨別是不同模塊的key）
解決：利用一個抽象類，定義BaseKey（前綴），在里面定義緩存key的前綴以及緩存的過期時間從而實現(xiàn)將緩存的key進行封裝。讓不同模塊繼承它，這樣每次存入一個模塊的緩存的時候，加上這個緩存特定的前綴，以及可以統(tǒng)一制定不同的過期時間。
「頁面靜態(tài)化（前后端分離）」
頁面靜態(tài)化的主要目的是為了加快頁面的加載速度，將商品的詳情和訂單詳情頁面做成靜態(tài)HTML（純的HTML），數(shù)據(jù)的加載只需要通過ajax來請求服務器，并且做了靜態(tài)化HTML頁面可以緩存在客戶端的瀏覽器。
「消息隊列完成異步下單」
使用消息隊列完成異步下單，提升用戶體驗，削峰和降流
「思路：」

系統(tǒng)初始化，把商品庫存數(shù)量stock加載到Redis上面來。
后端收到秒殺請求，Redis預減庫存，如果庫存已經(jīng)到達臨界值的時候，就不需要繼續(xù)請求下去，直接返回失敗，即后面的大量請求無需給系統(tǒng)帶來壓力。
判斷這個秒殺訂單形成沒有，判斷是否已經(jīng)秒殺到了，避免一個賬戶秒殺多個商品，判斷是否重復秒殺。
庫存充足，且無重復秒殺，將秒殺請求封裝后消息入隊，同時給前端返回一個code (0)，即代表返回排隊中。（返回的并不是失敗或者成功，此時還不能判斷）
前端接收到數(shù)據(jù)后，顯示排隊中，并根據(jù)商品id輪詢請求服務器（考慮200ms輪詢一次）。
后端RabbitMQ監(jiān)聽秒殺MIAOSHA_QUEUE的這名字的通道，如果有消息過來，獲取到傳入的信息，執(zhí)行真正的秒殺之前，要判斷數(shù)據(jù)庫的庫存，判斷是否重復秒殺，然后執(zhí)行秒殺事務（秒殺事務是一個原子操作：庫存減1，下訂單，寫入秒殺訂單）。
此時，前端根據(jù)商品id輪詢請求接口MiaoshaResult,查看是否生成了商品訂單，如果請求返回-1代表秒殺失敗，返回0代表排隊中，返回>0代表商品id說明秒殺成功。

「安全性優(yōu)化」
雙重md5密碼校驗，秒殺接口地址的隱藏，接口限流防刷，數(shù)學公式驗證碼。
「優(yōu)雅的代碼編寫」
接口的輸出結果做了一個Result封裝
對錯誤的代碼做了一個CodeMsg的封裝
訪問緩存做了一個key的封裝

項目難點及問題解決

壓測

使用JMeter做壓測的時候開啟5000個線程，系統(tǒng)跑不起來，出現(xiàn)異常。

原因：修改配置文件中 redis 的配置項 poolMaxTotal 將其設置成 1000。

#redis配置項
redis.poolMaxTotal=1000
redis.poolMaxldle=500
redis.poolMaxWait=500

緩存一致性

使用了大量緩存，那么就存在緩存擊穿和緩存雪崩以及緩存一致性等問題？

「緩存穿透指的是對某個一定不存在的數(shù)據(jù)進行請求，該請求將會穿透緩存到達數(shù)據(jù)庫。」
解決方案：對這些不存在的數(shù)據(jù)緩存一個空數(shù)據(jù)，對這類請求進行過濾。
「緩存雪崩指的是由于數(shù)據(jù)沒有被加載到緩存中，或者緩存數(shù)據(jù)在同一時間大面積失效（過期），又或者緩存服務器宕機，導致大量的請求都到達數(shù)據(jù)庫。」
解決方案：
為了防止緩存在同一時間大面積過期導致的緩存雪崩，可以通過觀察用戶行為，合理設置緩存過期時間來實現(xiàn)；
為了防止緩存服務器宕機出現(xiàn)的緩存雪崩，可以使用分布式緩存，分布式緩存中每一個節(jié)點只緩存部分的數(shù)據(jù)，當某個節(jié)點宕機時可以保證其它節(jié)點的緩存仍然可用。
也可以進行緩存預熱，避免在系統(tǒng)剛啟動不久由于還未將大量數(shù)據(jù)進行緩存而導致緩存雪崩。
例如：首先針對不同的緩存設置不同的過期時間，比如session緩存，在userKey這個前綴中，設置是30分鐘過期，并且每次用戶響應的話更新緩存時間。這樣每次取session,都會延長30分鐘，相對來說，就減少了緩存過期的幾率
「緩存一致性要求數(shù)據(jù)更新的同時緩存數(shù)據(jù)也能夠?qū)崟r更新。」
解決方案：
在數(shù)據(jù)更新的同時立即去更新緩存，「首先嘗試從緩存讀取，讀到數(shù)據(jù)則直接返回；如果讀不到，就讀數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)會寫到緩存，并返回。」
在讀緩存之前先判斷緩存是否是最新的，如果不是最新的先進行更新，「需要更新數(shù)據(jù)時，先更新數(shù)據(jù)庫，然后把緩存里對應的數(shù)據(jù)失效掉（刪掉）。」

減少redis的訪問

大量的使用緩存，對于緩存服務器，也有很大的壓力，思考如何減少redis的訪問？

在redis預減庫存的時候，內(nèi)存中維護一個isOvermap作為一個內(nèi)存標記，當沒有庫存的時候，將其置為true。每次秒殺業(yè)務訪問redis之前，查一下map標記，如果true說明沒有庫存，就直接返回失敗，無需再去請求redis服務器。

請求堆積

在高并發(fā)請求的業(yè)務場景，大量請求來不及處理，甚至出現(xiàn)請求堆積時候？

消息隊列，用來異步處理請求。每次請求過來，先不去處理請求，而是放入消息隊列，然后在后臺布置一個監(jiān)聽器，分別監(jiān)聽不同業(yè)務的消息隊列，有消息來的時候，才進行秒殺業(yè)務邏輯。這樣防止多個請求同時操作的時候，數(shù)據(jù)庫連接過多的異常。

重復下單

怎么保證一個用戶不能重復下單？

解決：秒殺訂單表中建立一個唯一索引（所引是用戶Id與商品goodsId），使得第一個記錄可以插入，第二個則出錯，然后通過事務回滾，防止一個用戶同時發(fā)出多個請求的處理，秒殺到多個商品。

唯一索引，即是唯一的意思，在數(shù)據(jù)庫表結構中對字段添加唯一索引后進行數(shù)據(jù)庫進行存儲操作時數(shù)據(jù)庫會判斷庫中是否已經(jīng)存在此數(shù)據(jù)，不存在此數(shù)據(jù)時才能進行插入操作。

這雖然是個小技能，但實際上在業(yè)務開發(fā)中是個很實用的技能，比如在高并發(fā)業(yè)務中，數(shù)據(jù)庫「如何杜絕數(shù)據(jù)并發(fā)插入兩條相同的訂單號呢？添加一個唯一索引」當然是最快捷的方法之一，當然是添加索引還是通過業(yè)務代碼去解決因公司業(yè)務而定

超賣

怎么解決超賣現(xiàn)象？

超賣場景：不同用戶在讀請求的時候，發(fā)現(xiàn)商品庫存足夠，然后同時發(fā)起請求，進行秒殺操作，減庫存，導致庫存減為負數(shù)。

最簡單的方法，更新數(shù)據(jù)庫減庫存的時候，進行庫存限制條件，在reduceStock(GoodsVo goodsvo)這個方法里，sql要多加一個stock_count > 0 ，使用數(shù)據(jù)庫特性來保證超賣的問題，只有stock_count還大于0的時候才去讀stock_count然后減1操作

@Update("update?miaosha_goods?set?stock_count=stock_count-1?where?goods_id=#{goodsId}?and?stock_count>0")
?public?void?reduceStock(MiaoshaGoods?goods);??

頁面靜態(tài)化

頁面靜態(tài)化的過程及什么是瀏覽器緩存？

將HTML靜態(tài)頁面緩存在客戶端瀏覽器，只有數(shù)據(jù)通過ajax異步調(diào)用接口來獲取，僅僅交互的是部分數(shù)據(jù)，減少了帶寬，也加快用戶訪問的速度。

瀏覽器緩存就是把一個已經(jīng)請求過的Web資源（如html頁面，圖片，js，數(shù)據(jù)等）拷貝一份副本儲存在瀏覽器中。緩存會根據(jù)進來的請求保存輸出內(nèi)容的副本。當下一個請求來到的時候，如果是相同的URL，緩存會根據(jù)緩存機制決定是直接使用副本響應訪問請求，還是向源服務器再次發(fā)送請求。比較常見的就是瀏覽器會緩存訪問過網(wǎng)站的網(wǎng)頁，當再次訪問這個URL地址的時候，如果網(wǎng)頁沒有更新，就不會再次下載網(wǎng)頁，而是直接使用本地緩存的網(wǎng)頁。只有當網(wǎng)站明確標識資源已經(jīng)更新，瀏覽器才會再次下載網(wǎng)頁。

秒殺架構設計理念？

限流：鑒于只有少部分用戶能夠秒殺成功，所以要限制大部分流量，只允許少部分流量進入服務后端。
削峰：對于秒殺系統(tǒng)瞬時會有大量用戶涌入，所以在搶購一開始會有很高的瞬間峰值。高峰值流量是壓垮系統(tǒng)很重要的原因，所以如何把瞬間的高流量變成一段時間平穩(wěn)的流量也是設計秒殺系統(tǒng)很重要的思路。實現(xiàn)削峰的常用的方法有利用緩存和消息中間件等技術。
異步處理：秒殺系統(tǒng)是一個高并發(fā)系統(tǒng)，采用異步處理模式可以極大地提高系統(tǒng)并發(fā)量，其實異步處理就是削峰的一種實現(xiàn)方式。
內(nèi)存緩存：秒殺系統(tǒng)最大的瓶頸一般都是數(shù)據(jù)庫讀寫，由于數(shù)據(jù)庫讀寫屬于磁盤IO，性能很低，如果能夠把部分數(shù)據(jù)或業(yè)務邏輯轉(zhuǎn)移到內(nèi)存緩存，效率會有極大地提升。
可拓展：當然如果我們想支持更多用戶，更大的并發(fā)，最好就將系統(tǒng)設計成彈性可拓展的，如果流量來了，拓展機器就好了。像淘寶、京東等雙十一活動時會增加大量機器應對交易高峰。

秒殺系統(tǒng)是怎么設計的？

「將請求攔截在系統(tǒng)上游，降低下游壓力：秒殺系統(tǒng)特點是并發(fā)量極大，但實際秒殺成功的請求數(shù)量卻很少，所以如果不在前端攔截很可能造成數(shù)據(jù)庫讀寫鎖沖突，最終請求超時。」
利用緩存：利用緩存可極大提高系統(tǒng)讀寫速度。
消息隊列：消息隊列可以削峰，將攔截大量并發(fā)請求，這也是一個異步處理過程，后臺業(yè)務根據(jù)自己的處理能力，從消息隊列中主動的拉取請求消息進行業(yè)務處理。

超時未支付

假如減了庫存用戶沒有支付，庫存怎么還原繼續(xù)參加搶購?

設定一個最長付款時間，比如30分鐘，后臺有個定時任務（使用定時器Timer），輪訓超過30分鐘的待付款訂單(數(shù)據(jù)庫里面判定訂單狀態(tài))，然后關閉訂單，恢復庫存。

開發(fā)工具

IntelliJ IDEA 2017.3.1 x64。

開發(fā)環(huán)境

JDK	Maven	Mysql	SpringBoot	redis	RabbitMQ
1.8	3.2.2	5.5	1.5.9.RELEASE	3.2	3.7.14

使用說明

下載百度網(wǎng)盤源碼（鏈接: https://pan.baidu.com/s/1pYQs5RYvgqdfVM6q-8JExg?pwd=3xhp若連接過期，加我微信：xttblog2獲取補充鏈接），將項目下載到 IDEA 里面
運行 sql 文件夾下的sql文件
到src/main/resources下的application.properties下修改你的數(shù)據(jù)庫鏈接用戶名與密碼
安裝redis、mysql、rabbitmq、maven等環(huán)境
啟動前，檢查配置 application.properties 中相關redis、mysql、rabbitmq地址
在數(shù)據(jù)庫秒殺商品表里面設置合理的秒殺開始時間與結束時間
登錄地址：http://localhost:8080/login/to_login
商品秒殺列表地址：http://localhost:8080/goods/to_list