作者｜方樂明
背景介紹
該系統由接入層、邏輯服務層、存儲層與緩存構成。Proxy處理請求接入，Server承載主要的業務邏輯，Cache用於緩存庫存數量、DB則用於數據持久化。
一個“秒殺”活動，對應DB中的一條庫存記錄。當用戶進行商品“秒殺”時，系統的主要邏輯在於DB中庫存的操作上。一般來說，對DB的操作流程有以下三步：
鎖庫存
插入“秒殺”記錄
更新庫存
其中，鎖庫存是為了避免併發請求時出現“超賣”情況。同時要求這三步操作需要在一個事務中完成（所謂的事務，是指作為單個邏輯工作單元執行的一系列操作，要麼完全地執行，要麼完全地不執行）。
“秒殺”系統的設計難點就在這個事務操作上。商品庫存在DB中記為一行，大量用戶同時“秒殺”同一商品時，第一個到達DB的請求鎖住了這行庫存記錄。在第一個事務完成提交之前這個鎖一直被第一個請求佔用，後面的所有請求需要排隊等待。同時參與“秒殺”的用戶越多，併發進DB的請求越多，請求排隊越嚴重。因此，併發請求搶鎖，是典型的商品“秒殺”系統的設計難點。
解決高併發問題常用方案
普通商品“秒殺”活動系統，解決高併發問題的方案，大體有以下幾種：
方案一，使用內存操作替代實時的DB事務操作。
如圖2所示，將“實時扣庫存”的行為上移到內存Cache中操作，內存Cache操作成功直接給Server返回成功，然後異步落DB持久化。
這個方案的優點是用內存操作替代磁盤操作，提高了併發性能。
方案二，使用樂觀鎖替代悲觀鎖。
所謂悲觀鎖，是關係數據庫管理系統裡的一種併發控制的方法。它可以阻止一個事務以影響其他用戶的方式來修改數據。如果一個事務執行的操作對某行數據應用了鎖，那只有當這個事務把鎖釋放，其他事務才能夠執行與該鎖衝突的操作。對應於上文分析中的“併發請求搶鎖”行為。
所謂樂觀鎖，它假設多用戶併發的事務在處理時不會彼此互相影響，各事務能夠在不產生鎖的情況下處理各自影響的那部分數據。在提交數據更新之前，每個事務會先檢查在該事務讀取數據後，有沒有其他事務又修改了該數據。如果其他事務有更新的話，正在提交的事務會進行回滾。
商品“秒殺”系統中，樂觀鎖的具體應用方法，是在DB的“庫存”記錄中維護一個版本號。在更新“庫存”的操作進行前，先去DB獲取當前版本號。在更新庫存的事務提交時，檢查該版本號是否已被其他事務修改。如果版本沒被修改，則提交事務，且版本號加1；如果版本號已經被其他事務修改，則回滾事務，並給上層報錯。
這個方案解決了“併發請求搶鎖”的問題，可以提高DB的併發處理能力。
如果拆紅包採用樂觀鎖，那麼在併發搶到相同版本號的拆紅包請求中，只有一個能拆紅包成功，其他的請求將事務回滾並返回失敗，給用戶報錯，用戶體驗完全不可接受。
如果採用樂觀鎖，將會導致第一時間同時拆紅包的用戶有一部分直接返回失敗，反而那些“手慢”的用戶，有可能因為併發減小後拆紅包成功，這會帶來用戶體驗上的負面影響。
如果採用樂觀鎖的方式，會帶來大數量的無效更新請求、事務回滾，給DB造成不必要的額外壓力。
1.系統垂直SET化，分而治之。
紅包系統根據這個紅包ID，按一定的規則（如按ID尾號取模等），垂直上下切分。切分後，一個垂直鏈條上的邏輯Server服務器、DB統稱為一個SET。
各個SET之間相互獨立，互相解耦。並且同一個紅包ID的所有請求，包括髮紅包、搶紅包、拆紅包、查詳情詳情等，垂直stick到同一個SET內處理，高度內聚。通過這樣的方式，系統將所有紅包請求這個巨大的洪流分散為多股小流，互不影響，分而治之，如下圖所示。
這個方案解決了同時存在海量事務級操作的問題，將海量化為小量。
2.邏輯Server層將請求排隊，解決DB併發問題。
紅包系統是資金交易系統，DB操作的事務性無法避免，所以會存在“併發搶鎖”問題。但是如果到達DB的事務操作（也即拆紅包行為）不是併發的，而是串行的，就不會存在“併發搶鎖”的問題了。
按這個思路，為了使拆紅包的事務操作串行地進入DB，只需要將請求在Server層以FIFO（先進先出）的方式排隊，就可以達到這個效果。從而問題就集中到Server的FIFO隊列設計上。
首先，將同一個紅包ID的所有請求stick到同一臺Server。
上面SET化方案已經介紹，同個紅包ID的所有請求，按紅包ID stick到同個SET中。不過在同個SET中，會存在多臺Server服務器同時連接同一臺DB（基於容災、性能考慮，需要多臺Server互備、均衡壓力）。
其次，設計單機請求排隊方案。
將stick到同一臺Server上的所有請求在被接收進程接收後，按紅包ID進行排隊。然後串行地進入worker進程（執行業務邏輯）進行處理，從而達到排隊的效果，如下圖所示。
最後，增加memcached控制併發。
為了防止Server中的請求隊列過載導致隊列被降級，從而所有請求擁進DB，系統增加了與Server服務器同機部署的memcached，用於控制拆同一個紅包的請求併發數。
具體來說，利用memcached的CAS原子累增操作，控制同時進入DB執行拆紅包事務的請求數，超過預先設定數值則直接拒絕服務。用於DB負載升高時的降級體驗。
通過以上三個措施，系統有效地控制了DB的“併發搶鎖”情況。
3.雙維度庫表設計，保障系統性能穩定
紅包系統的分庫表規則，初期是根據紅包ID的hash值分為多庫多表。隨著紅包數據量逐漸增大，單表數據量也逐漸增加。而DB的性能與單表數據量有一定相關性。當單表數據量達到一定程度時，DB性能會有大幅度下降，影響系統性能穩定性。採用冷熱分離，將歷史冷數據與當前熱數據分開存儲，可以解決這個問題。
具體來說，就是分庫表規則像db_xx.t_y_dd設計，其中，xx/y是紅包ID的hash值後三位，dd的取值範圍在01~31，代表一個月天數最多31天。
通過這種雙維度分庫表方式，解決了DB單表數據量膨脹導致性能下降的問題，保障了系統性能的穩定性。同時，在熱冷分離的問題上，又使得數據搬遷變得簡單而優雅。
最後總結
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