2023春招面试专题:高并发解决方案(一)

简介: 2023春招面试专题:高并发解决方案

如何理解高并发?

高并发意味着大流量,需要运用技术手段抵抗流量的冲击,这些手段好比操作流量,能让流量更平稳地被系统所处理,带给用户更好的体验。

我们常见的高并发场景有:淘宝的双11、春运时的抢票、微博大V的热点新闻等。除了这些典型事情,每秒几十万请求的秒杀系统、每天千万级的订单系统、每天亿级日活的信息流系统等,都可以归为高并发。

很显然,上面谈到的高并发场景,并发量各不相同,那到底多大并发才算高并发呢?

1、不能只看数字,要看具体的业务场景。不能说10W QPS的秒杀是高并发,而1W QPS的信息流就不是高并发。信息流场景涉及复杂的推荐模型和各种人工策略,它的业务逻辑可能比秒杀场景复杂10倍不止。因此,不在同一个维度,没有任何比较意义。

2、业务都是从0到1做起来的,并发量和QPS只是参考指标,最重要的是:在业务量逐渐变成原来的10倍、100倍的过程中,你是否用到了高并发的处理方法去演进你的系统,从架构设计、编码实现、甚至产品方案等维度去预防和解决高并发引起的问题?而不是一味的升级硬件、加机器做水平扩展。

如何实现高并发的秒杀系统

说实话,大部分开发人员做的系统并发量都比较小,尤其是很多从0到1做起来的新项目。

那么,我们平常如何接触高并发技术呢?

其实最经典高并发项目是秒杀系统,大量的用户在极短的时间内购买少量的商品。比如:小米手机的秒杀功能,刚开始小米的网站经常挂,后面经过不断优化,不断迭代升级,变成了现在的样子。

针对高并发的业务场景,所需要的技术手段更多更复杂。

那么,高并发下如何设计秒杀系统?这是一个高频面试题。这个问题看似简单,但是里面的水很深,它考查的是高并发场景下,从前端到后端多方面的知识。

秒杀一般出现在商城的促销活动中,指定了一定数量(比如:10个)的商品(比如:手机),以极低的价格(比如:0.1元),让大量用户参与活动,但只有极少数用户能够购买成功。这类活动商家绝大部分是不赚钱的,说白了是找个噱头宣传自己。

虽说秒杀只是一个促销活动,但对技术要求不低。下面给大家总结一下设计秒杀系统需要注意的9个细节。

1 瞬时高并发

一般在秒杀时间点(比如:12点)前几分钟,用户并发量才真正突增,达到秒杀时间点时,并发量会达到顶峰。

但由于这类活动是大量用户抢少量商品的场景,必定会出现狼多肉少的情况,所以其实绝大部分用户秒杀会失败,只有极少部分用户能够成功。

正常情况下,大部分用户会收到商品已经抢完的提醒,收到该提醒后,他们大概率不会在那个活动页面停留了,如此一来,用户并发量又会急剧下降。所以这个峰值持续的时间其实是非常短的,这样就会出现瞬时高并发的情况,下面用一张图直观的感受一下流量的变化:

像这种瞬时高并发的场景,传统的系统很难应对,我们需要设计一套全新的系统。可以从以下几个方面入手:

  1. 页面静态化
  2. CDN加速
  3. 缓存
  4. mq异步处理
  5. 限流
  6. 分布式锁

2. 页面静态化

活动页面是用户流量的第一入口,所以是并发量最大的地方。

如果这些流量都能直接访问服务端,恐怕服务端会因为承受不住这么大的压力,而直接挂掉。

活动页面绝大多数内容是固定的,比如:商品名称、商品描述、图片等。为了减少不必要的服务端请求,通常情况下,会对活动页面做静态化处理。用户浏览商品等常规操作,并不会请求到服务端。只有到了秒杀时间点,并且用户主动点了秒杀按钮才允许访问服务端。

这样能过滤大部分无效请求。

但只做页面静态化还不够,因为用户分布在全国各地,有些人在北京,有些人在成都,有些人在深圳,地域相差很远,网速各不相同。

如何才能让用户最快访问到活动页面呢?

这就需要使用CDN,它的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络。

使用户就近获取所需内容,降低网络拥塞,提高用户访问响应速度和命中率。

3 秒杀按钮

大部分用户怕错过秒杀时间点,一般会提前进入活动页面。此时看到的秒杀按钮是置灰,不可点击的。只有到了秒杀时间点那一时刻,秒杀按钮才会自动点亮,变成可点击的。

但此时很多用户已经迫不及待了,通过不停刷新页面,争取在第一时间看到秒杀按钮的点亮。

从前面得知,该活动页面是静态的。那么我们在静态页面中如何控制秒杀按钮,只在秒杀时间点时才点亮呢?

没错,使用js文件控制。

为了性能考虑,一般会将css、js和图片等静态资源文件提前缓存到CDN上,让用户能够就近访问秒杀页面。

看到这里,有些聪明的小伙伴,可能会问:CDN上的js文件是如何更新的?

秒杀开始之前,js标志为false,还有另外一个随机参数。

当秒杀开始的时候系统会生成一个新的js文件,此时标志为true,并且随机参数生成一个新值,然后同步给CDN。由于有了这个随机参数,CDN不会缓存数据,每次都能从CDN中获取最新的js代码。

此外,前端还可以加一个定时器,控制比如:10秒之内,只允许发起一次请求。如果用户点击了一次秒杀按钮,则在10秒之内置灰,不允许再次点击,等到过了时间限制,又允许重新点击该按钮。

4 读多写少

在秒杀的过程中,系统一般会先查一下库存是否足够,如果足够才允许下单,写数据库。如果不够,则直接返回该商品已经抢完。

由于大量用户抢少量商品,只有极少部分用户能够抢成功,所以绝大部分用户在秒杀时,库存其实是不足的,系统会直接返回该商品已经抢完。

这是非常典型的:读多写少 的场景。

如果有数十万的请求过来,同时通过数据库查缓存是否足够,此时数据库可能会挂掉。因为数据库的连接资源非常有限,比如:mysql,无法同时支持这么多的连接。

而应该改用缓存,比如:redis。

即便用了redis,也需要部署多个节点。

5 缓存问题

通常情况下,我们需要在redis中保存商品信息,里面包含:商品id、商品名称、规格属性、库存等信息,同时数据库中也要有相关信息,毕竟缓存并不完全可靠。

用户在点击秒杀按钮,请求秒杀接口的过程中,需要传入的商品id参数,然后服务端需要校验该商品是否合法。

大致流程如下图所示:

根据商品id,先从缓存中查询商品,如果商品存在,则参与秒杀。如果不存在,则需要从数据库中查询商品,如果存在,则将商品信息放入缓存,然后参与秒杀。如果商品不存在,则直接提示失败。

这个过程表面上看起来是OK的,但是如果深入分析一下会发现一些问题。


2023春招面试专题:高并发解决方案(二)https://developer.aliyun.com/article/1423374

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