在高并发场景下（价格暴涨暴跌，需求远大于供应等），股票交易所面临一系列技术和业务上的挑战。这些挑战直接影响系统的可用性、性能和交易的安全性。
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01 系统性能
- 处理交易请求的压力：股票交易所每天处理数以百万计的交易请求，当市场波动或交易高峰期时，交易量会急剧上升，导致系统性能压力骤增。
- 低延迟需求：在股票交易中，毫秒甚至微秒级的延迟可能对交易结果产生重大影响。系统必须在处理海量并发请求的同时，保持低延迟的响应。
- 实时性要求：交易信息（如报价、订单、成交记录）必须实时更新，延迟会导致信息滞后，影响交易者的决策。
- 高吞吐量需求：交易所系统必须具备高吞吐能力，以便在高并发时能够及时处理大批量交易。
02 数据一致性
- 数据一致性：在高并发情况下，确保交易数据（如用户订单、交易状态、成交信息等）的一致性尤为重要。如果多个交易同时操作同一股票的订单，可能会出现数据不一致问题。如何在高并发环境中保证分布式系统的一致性是一大难题。
- 事务管理：在股票交易中，资金和证券转移涉及多个账户之间的同步操作，必须确保这些操作要么全部成功，要么全部失败。分布式事务的处理在高并发场景下尤为复杂，特别是涉及跨多个系统和数据库的操作。
- 并发冲突：当大量用户同时下达买入或卖出相同股票的订单时，如何有效解决订单的并发处理问题，避免订单冲突和死锁是系统设计中的一大挑战。
- 行情数据的实时同步：股票市场中的行情数据（如实时价格、交易量等）需要在全市场范围内进行实时同步。在高并发场景下，如何确保数据的实时性、正确性以及在多个系统中的一致性是巨大的挑战。
03 订单管理和撮合效率
- 订单撮合的效率：股票交易所的核心功能之一是撮合买卖订单。当大量交易请求同时涌入时，撮合引擎必须能够迅速处理订单，并按照时间优先、价格优先的规则进行快速撮合。这对算法的效率和系统的并发处理能力提出了极高要求。
- 订单积压和排队：在市场剧烈波动时，系统可能面临订单积压问题。如果处理能力不足，订单会进入队列，增加延迟，影响市场流动性。
- 交易排他性：确保多个交易不会同时竞争同一订单，避免订单重复成交或数据不一致，这是高并发交易中的重要挑战。
04 系统可靠性和高可用性
- 防止宕机和服务中断：在高并发场景下，交易系统的稳定性至关重要。任何宕机或系统中断都会导致交易暂停，甚至引发市场混乱。因此，系统必须具有极高的可用性，能够在故障发生时迅速恢复。
- 故障容忍与快速恢复：系统需要设计足够的冗余来应对硬件或软件的故障，同时快速切换到备份系统或异地数据中心，确保业务不中断。
- 分布式架构的挑战：分布式系统的服务依赖性较强，某个节点或服务故障可能会影响整个系统。如何确保关键服务的可靠性和隔离故障区域是高并发场景中的重要问题。
05 网络与安全问题
- 网络带宽和流量管理：在高并发情况下，网络带宽可能成为瓶颈。股票交易所系统需要处理海量实时数据，包括订单、行情、市场消息等。如何高效利用带宽、优化数据传输速度和减少延迟是关键。
- 身份验证与授权：在高并发环境下，系统需要快速处理大量的用户身份验证和授权请求，同时确保安全性，防止恶意用户或攻击者利用系统漏洞进行非法交易。
06 弹性扩展
- 自动扩展与负载均衡：在高并发场景下，系统必须能够根据流量变化自动扩展，动态增加服务器实例，确保系统具备足够的处理能力。负载均衡器的高效分配请求能力也非常重要，以避免某些节点负载过高。
- 水平扩展：交易所系统需要支持横向扩展，即通过增加服务器节点来提升处理能力，以应对突然激增的交易请求。
07 合规与监管要求
- 审计和追踪：股票交易所面临严格的合规和审计要求。在高并发情况下，确保每笔交易记录的完整性、准确性和可追溯性，尤其是在系统出现故障或异常时，系统仍需具备数据恢复和审计追踪能力。
- 交易回放与恢复：在极端情况下，系统需要具备交易回放能力，以确保在发生错误或数据丢失时能够进行数据恢复，确保所有交易都得到正确处理。
文章一开始列出了系统稳定性的自查清单，可以有针对性地解决上面的挑战。
下面我们来看看一个典型交易所的架构。可以发现，如果关键路径设计得很短，系统的鲁棒性和弹性是可以保证的。
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- 步骤 1：客户通过经纪商的应用程序下单。
- 步骤 2：经纪商将订单发送至交易所。
- 步骤 3：交易所客户端网关执行验证、费率限制、身份验证、规范化等操作，并将订单发送给订单管理器。
- 步骤 4-5：订单管理器根据风险管理器设定的规则执行风险检查。
- 步骤 6：通过风险检查后，订单管理器会验证钱包中是否有足够的资金来支付订单。
- 步骤 7 - 9：订单被发送到匹配引擎。如果找到匹配，匹配引擎会返回执行结果。订单和执行结果都需要先在排序器中排序，以保证匹配的确定性。
- 步骤 10 - 14：执行结果会一路传回客户端。
- 步骤 M1 - M3（市场数据流）：市场数据（包括蜡烛图和订单簿）被发送到数据服务进行整合。经纪人查询数据服务以获取市场数据。
- 步骤 R1 - R2（报告流程）：报告模块收集所有必要的报告字段（如客户编号、价格、数量、订单类型、成交数量、剩余数量），并将数据写入数据库。
请注意，步骤 1 至 14 位于关键路径（交易流）上，而市场数据流和报告流则不在关键路径上。它们有不同的延迟要求。
