【系统架构】如何解决热点数据更新问题

一 背景
     某个业务线 商品开放开用户申请免费试用，当某个商品特别吸引人时，比如iPhone6 。肯定有一大波人为了少卖一个肾 疯狂去抢申请资格。有甚者利用机器人申请注册,于是简单的申请操作变成了秒杀行为. 大量请求同时更新数据库中的同一个商品的申请次数，update 操作给表加上行锁，导致后面的请求全部排队等待前面一个update完成,释放行锁后才能处理下一个请求。大量后来请求等待，占用了数据库的连接。一旦数据库连接数被占满，就会导致后来的全部请求因拿不到连接而超时，业务请求出现无法及时处理的情况,数据库系统的RT会异常飙高,业务层由于等待出现超时，app 层的连接耗尽，一系列的雪崩效应！

二 解决方案
     从上面的背景分析,解决热点数据并发更新需要注意核心问题: 减少直接对db层数据热点的并发更新,本文从业务和数据库的设计层面来规划.同时也希望大家提更好的解决思路。
1 前端层面
   前端是整个流量的入口, 正常业务访问时系统表现平稳，但是当有人恶意请求时，需要加上流控措施，比如常见的
   a 需要用户回答问题，填写验证码，移动图像等等，防止或者减少有机器人来恶意请求。
   b 页面上采用防止机器人的判断 两秒以内的成功请求一律拒绝。
   c 通过设置nginx ，对同一个ip源的请求次数做限制,防止机器人来申请。
  优点 有效减少或者防止有人利用机器人恶意请求
  缺点 存在一定的误杀率，错杀了正常的请求。

2 应用层
    应用程序接收前端前端请求，进行一系列的数据库操作,在我们规避了恶意请求之后如果还是有大量的数据库写访问请求，我们需要
    a 对业务做降级
限制接口的调用次数，降低对数据库的请求压力。
选择不更新请求次数，弱化该商品申请次数的展现。类似于阅读次数，申请次数 ，与金额，库存无关的功能点。
    b 通过异步更新来避免直接写数据库 。
      应用使用分布式缓存(比如tair)来存储某项商品的申请次数或者某人的申请次数，以商品id/user_id 或者将where 条件作为key，申请试用人数为value/符合某项具体条件的 count结果为value, 有用户申请成功则更新申请试用人数。不需要查询和实时写数据库，每隔一定时间/次数将结果写入数据库。
      优点：该方法完全依赖于缓存，读写速度快，不需要实时更新数据库，减轻数据库并发写的压力;
      缺点：缓存不是100%稳定，很容易丢，即使采用持久化的缓存，在高并发下有时也可能会出现异常，穿透缓存到db ，导致前端业务展现问题。
    
3 数据库层
    a 将热点数据拆分,分在不同的库不同的表中，分散热点数据,减轻数据库并发更新热点带来的RT升高和应用连接等待时能保证业务能够正常访问其他商品表，损失局部可用性。
    优点:实时读写数据库，前端展示数据的准确性。
    缺点:业务逻辑稍显复杂。
  b 限流补丁
     针对某些特定的sql语句 从MySQL 层面加以限制，当系统thread_running达到一定值或者某个sql执行时间超过一定阈值则拒绝该sql的执行。(阿里内部已经实现限流版本)

   c 使用MySQL的 thread pool 功能。在并发较大时，one to one的模式 会引起Innodb的mutex锁争用。当前解决方法是通过innodb_thread_concurrency参数,但是该参数自身也存在锁争用,同样影响了MySQL的性能。

优点：thread pool主要从四个方面考虑:减少SQL并发,使得有足够的资源:使用线程组,独立管理:使用优先级队列,限制并发执行的事务:避免死锁。
缺点：在测试过程中发现,会有大量的连接等待kernel mutex锁,但是持续的压力会导致MySQL的thread running飙高,最终导致MySQL不可用。
三 小结
     在电商类业务中数据库的热点/单点更新 一直是DBA和业务方比较关心的问题，它最直观的影响用户体验，比如商品的超卖，系统的可用性。需要不断的细化解决思路和具体实现比如 热点商品的属性是否实时更新 ，库存数量需要实时展示，访问次数，请求次数可以异步延迟展示。本文只是简单阐述了 对热点更新的解决思路，还有不完善的地方，欢迎给位提供更好的建议。

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