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如何设计秒杀系统?

简介: 秒杀系统是电商业务中最常见的,也是面试常考项,以后想往大厂架构师晋升,搞定面试还看系统设计的4S分析法。

秒杀系统是常见的一种系统设计类型,在电商业务中的应用非常普遍。同时也是面试中问得比较多的。

如果说程序 = 算法 +数据结构的话,那么系统 = 服务 + 数据存储。所以系统设计中,我们更多的是围绕服务和数据存储来讨论。

举个简单例子:某年双11,商家以¥4499的价格上架了某iphone,比官网价格便宜了¥1000,库存总数10台,运营设置11/11 00:00活动生效,一人只能购买1台,商品售完为止。

梳理下用户端的流程图:

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根据系统设计的4S分析法:

第一步 - Scenario场景

需要确定设计哪些功能,承受多大的访问量?

这里有个常见概念QPS(Query Per Second),即一秒内可以处理的请求数量。假如一个服务的RT是20ms,则QPS为50,这里计算的是单机单线程QPS,如果计算集群的话,需要考虑集群数量和线程数量。

这时候需要确认秒杀商品的请求QPS是多少。如果面试官说峰值大概量级在100万,那么按照服务单线程QPS是50,单台最大线程数按3来计算的话,单台机器最大支撑150的QPS,那么至少需要100W/150=6667台机器。

常见的组件最大QPS,mysql单机1000QPS,Redis单机10万QPS。

第二步 - Service服务

秒杀系统服务设计大致如下:

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第三步 - Storage存储

数据是如何存储和访问的。为每个服务选择合适的存储结构,然后细化数据表结构。这个例子中,秒杀系统数据库设计如下:

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于是我们可以得到秒杀活动中,数据库之间的关系如图所示:

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接下来就是mysql扣库存了。秒杀系统一定会遇到的就是并发问题,这里说下乐观锁和悲观锁。
悲观锁的流程:

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乐观锁流程:

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可以看到悲观锁的问题是会占用大量的线程资源,可能导致mysql的线程耗尽。在对于数据一致性要求非常高的场景中,一般用悲观锁;而乐观锁在version变动频繁的情况下则不适用,比如这里的秒杀系统就不太适合用乐观锁,因为库存变化太快了

推荐免费体验九章的《系统架构设计》,在免费试听章节里,还讲到了Redis下的秒杀系统数据库设计。

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几个关于Redis的常见问题:

什么时候把库存写入到Redis?
秒杀活动创建/维护时写入Redis。

如何保证活动数据库和库存数据一致?
可以使用分布式事务或消息队列。

分布式事务:保证多个数据库的操作同时成功或者同时失败。对强一致性有要求的业务场景可以考虑使用分布式事务,比如银行转账

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消息队列:基于生产者/消费者模型的组件,一般实现异步任务(非实时处理)时会引入消息队列。消息队列的好处是任务可以慢慢处理,不必同步处理等着响应结果。目前主流的消息队列有RocketMQ、Kafka等。使用场景除了异步任务之外,一般还用于失败的情况下重试处理,重复消费直到消费成功。

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下单减库存/支付减库存?
下单锁定库存,支付减库存。

如何防止商品被超卖?
把库存数据放入到缓存中,利用缓存的原子特性保证同时只有一个线程操作库存。

库存写回数据库的时机?
采用定时任务同步Redis的数据写回数据库。

4S分析法的第四步 - Scale扩展

对于秒杀系统来说,就是高并发场景下如何优化系统。推荐大家通过完整视频了解如何进行系统优化和升级。

前面说过,秒杀系统是电商业务中最常见的,在实际面试当中,系统架构设计的考察标准是:面试者独立设计一个大型的系统,它在现实中是可work的,同时在高并发的情况下仍具有高可用性。

对许多缺少工作经验的应届生,以及大量没机会参与大型系统设计、日常都在“拧螺丝”的初级程序员来说,明明不具备架构的能力但面试的时候又经常遇到,拿到设计类题目就懵了!

九章的《系统架构设计》覆盖了18大系统架构设计知识点和面试题。通过大量调研,囊括了最热门、高频的18大设计类题型包括了:

  • 秒杀/订票系统
  • IM系统
  • 协同文档编辑系统
  • 谷歌搜索系统
  • 用户登陆/注册系统
  • 网站系统(API设计/短URL)
  • 数据库
  • 容器技术(K8S/Docker)
  • MLE机器学习系统
    ……

想要尝试自己设计一个秒杀系统,或者对国内热门的系统设计感兴趣的同学们,不妨来试听一下,好的学习方式永远是自己动手实现。

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