微信红包的设计实现

 

红包功能的设计实现是一个很有趣的话题，主要的功能是P个人抢总金额M的N个红包，满足先抢的N个人能抢到红包。如果这是一个leetcode的算法题目难度应该是easy，只要保证Ni抢到的金额区间在[0.01,2倍剩余金额平均值）就能ac。
将算法带入到真实的工程实现，问题就要复杂得多，如果达到微信的量级，明显要考虑的有以下几点。

1. 拆红包
2. 高并发读
3. 并发写
4. 网络流量峰值
5. 对账
6. 降级
7. 故障恢复

拆红包

拆红包有预拆包和实时拆包2种策略

预拆包策略

预拆包的策略在发红包时将金额M的红包拆分成N份，将分配好的结果放入内存队列或者cache，通过incr操作在用户抢红包时分配预算好的红包slot，预算的策略可以避免对共享资源的操作，减少了锁竞争，服务本身是无状态的，设计和实现相对简单，伸缩性较好。劣势是需要额外的存储空间，如果存在大量活跃红包或者红包份数很多时会增加成本。

实时拆包

实时拆包的策略在用户抢红包时实时拆包计算金额，这样只需要保存剩余红包数量和金额，不需要额外保存每个预拆包的红包金额。使用预拆包的策略会面临并发写的问题，如果多个拆红包的请求同时执行会导致数据不一致引起超发的问题，可以使用CAS操作实现乐观锁保证并发拆包不会出现问题。

高并发读

应对高并发读的通常思路是业务层拦截过滤无效请求，使用有效的缓存。可以使用Cache层decr功能记录请求红包的用户数，当decr到0后就拦截后面的请求直接返回，对DAO层也要增加相应的缓存减少数据库的压力。

并发写

应对并发写的通常思路是串行化和乐观锁。在用户抢红包时实时拆包计算金额，每抢到一个红包，就cas更新剩余金额和红包个数，同时在DB中记录凭证，考虑到DB的写入压力，需要做分库分表，冷热分离。

网络流量峰值

大量用户同时抢红包是否会造成网络拥塞，发红包和抢红包最好在同一个IDC。

对账

考虑到拆红包凭证和入账是异步的2套系统，以及出现故障的可能，需要定时对账保证数据的一致性。

降级

在cache故障时有限流的使用DB进行服务，在资源紧张的时候关闭掉非核心流程，在实时入账请求量过大时，延迟批量入账。

 

背景：有某个朋友在朋友圈咨询微信红包的架构，于是乎有了下面的文字（有误请提出，谢谢）

概况：2014年微信红包使用数据库硬抗整个流量，2015年使用cache抗流量。

1. 微信的金额什么时候算？ 
   答：微信金额是拆的时候实时算出来，不是预先分配的，采用的是纯内存计算，不需要预算空间存储。。 
   采取实时计算金额的考虑：预算需要占存储，实时效率很高，预算才效率低。

2. 实时性：为什么明明抢到红包，点开后发现没有？ 
   答：2014年的红包一点开就知道金额，分两次操作，先抢到金额，然后再转账。 
   2015年的红包的拆和抢是分离的，需要点两次，因此会出现抢到红包了，但点开后告知红包已经被领完的状况。进入到第一个页面不代表抢到，只表示当时红包还有。

3. 分配：红包里的金额怎么算？为什么出现各个红包金额相差很大？ 
   答：随机，额度在0.01和剩余平均值*2之间。 
   例如：发100块钱，总共10个红包，那么平均值是10块钱一个，那么发出来的红包的额度在0.01元～20元之间波动。 
   当前面3个红包总共被领了40块钱时，剩下60块钱，总共7个红包，那么这7个红包的额度在：0.01～（60/7*2）=17.14之间。 
   注意：这里的算法是每被抢一个后，剩下的会再次执行上面的这样的算法（Tim老师也觉得上述算法太复杂，不知基于什么样的考虑）。

   这样算下去，会超过最开始的全部金额，因此到了最后面如果不够这么算，那么会采取如下算法：保证剩余用户能拿到最低1分钱即可。

   如果前面的人手气不好，那么后面的余额越多，红包额度也就越多，因此实际概率一样的。

4. 红包的设计 
   答：微信从财付通拉取金额数据郭莱，生成个数/红包类型/金额放到redis集群里，app端将红包ID的请求放入请求队列中，如果发现超过红包的个数，直接返回。根据红包的裸祭处理成功得到令牌请求，则由财付通进行一致性调用，通过像比特币一样，两边保存交易记录，交易后交给第三方服务审计，如果交易过程中出现不一致就强制回归。

5. 发性处理：红包如何计算被抢完？ 
   答：cache会抵抗无效请求，将无效的请求过滤掉，实际进入到后台的量不大。cache记录红包个数，原子操作进行个数递减，到0表示被抢光。财付通按照20万笔每秒入账准备，但实际还不到8万每秒。

6. 通如何保持8w每秒的写入？ 
   答：多主sharding，水平扩展机器。

7. 据容量多少？ 
   答：一个红包只占一条记录，有效期只有几天，因此不需要太多空间。

8. 询红包分配，压力大不？ 
   答：抢到红包的人数和红包都在一条cache记录上，没有太大的查询压力。

9. 一个红包一个队列？ 
   答：没有队列，一个红包一条数据，数据上有一个计数器字段。

10. 有没有从数据上证明每个红包的概率是不是均等？ 
    答：不是绝对均等，就是一个简单的拍脑袋算法。

11. 拍脑袋算法，会不会出现两个最佳？ 
    答：会出现金额一样的，但是手气最佳只有一个，先抢到的那个最佳。

12. 每领一个红包就更新数据么？ 
    答：每抢到一个红包，就cas更新剩余金额和红包个数。

13. 红包如何入库入账？ 
    数据库会累加已经领取的个数与金额，插入一条领取记录。入账则是后台异步操作。

14. 入帐出错怎么办？比如红包个数没了，但余额还有？ 
    答：最后会有一个take all操作。另外还有一个对账来保障。