微信、QQ是如何实现抢红包?

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微信、QQ是如何实现抢红包?_第1张图片 抢红包

官方实现

算法原理:

  • 抢红包的期望收益应与先后顺序无关

  • 保证每个用户至少能抢到一个预设的最小金额,人民币红包设置的最小金额一般是0.01元。如果需要发其他货币类型的红包,比如区块链货币或者积分,需要自定义一个最小金额。

  • 所有抢红包的人领取的子红包的金额之和加起来,等于发红包的人发出的总红包的金额。

下面实现的方式是一次生成所有的子红包,让用户按顺序领取。也可以每领取一个生成一个,两种方式性能上各有优劣。

代码实现

public static BigDecimal getRandomMoney(RedPackage _redPackage) {
    // remainSize 剩余的红包数量
    // remainMoney 剩余的钱
    if (_redPackage.remainSize == 1) {
        _redPackage.remainSize--;
        return _redPackage.remainMoney.setScale(2, BigDecimal.ROUND_DOWN);
    }

    BigDecimal random = BigDecimal.valueOf(Math.random());
    BigDecimal min   = BigDecimal.valueOf(0.01);

    BigDecimal halfRemainSize = BigDecimal.valueOf(_redPackage.remainSize).divide(new BigDecimal(2), BigDecimal.ROUND_UP);
    BigDecimal max1 = _redPackage.remainMoney.divide(halfRemainSize, BigDecimal.ROUND_DOWN);
    BigDecimal minRemainAmount = min.multiply(BigDecimal.valueOf(_redPackage.remainSize - 1)).setScale(2, BigDecimal.ROUND_DOWN);
    BigDecimal max2 = _redPackage.remainMoney.subtract(minRemainAmount);
    BigDecimal max = (max1.compareTo(max2) < 0) ? max1 : max2;

    BigDecimal money = random.multiply(max).setScale(2, BigDecimal.ROUND_DOWN);
    money = money.compareTo(min) < 0 ? min: money;

    _redPackage.remainSize--;
    _redPackage.remainMoney = _redPackage.remainMoney.subtract(money).setScale(2, BigDecimal.ROUND_DOWN);;
    return money;
}

运行结果

微信、QQ是如何实现抢红包?_第2张图片 打印结果

(30人抢500块)数据模型如下:

微信、QQ是如何实现抢红包?_第3张图片 重复执行1次结果 微信、QQ是如何实现抢红包?_第4张图片 重复执行200次结果 微信、QQ是如何实现抢红包?_第5张图片 重复执行2000次结果

微信抢红包架构介绍

Q1: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。

Q2:实时性:为什么明明抢到红包,点开后发现没有?

答:最开始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年之后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。

Q3: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~(60/72)=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。

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。

Q4:红包是如何设计的?

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。

Q5:并发性处理: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。

Q6:通如何保持8w每秒的写入?

答:多主sharding,水平扩展机器。

Q7:一个红包一个队列?

答:没有队列,一个红包一条数据,数据上有一个计数器字段。

Q8: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。

Q9: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。

Q10: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。

Q11: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。

Q12: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。

Q13:数据容量多少?

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。

Q14:查询红包分配,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。

以来源于QCon某高可用架构群整理,整理朱玉华。

二倍均值法

算法原理:

剩余红包金额M,剩余人数N,那么:每次抢到金额=随机(0,M/N2) 保证了每次随机金额的平均值是公平的 假设10人,红包金额100元 第一人:100/102=20,随机范围(0,20),平均可以抢到10元
第二人:90/92=20,随机范围(0,20),平均可以抢到10元 第三人:80/82=20,随机范围(0,20),平均可以抢到10元
以此类推,每次随机范围的均值是相等的

缺点:

除了最后一次,任何一次抢到的金额都不会超过人均金额的两倍,并不是任意的随机

代码实现

/**
     * 二倍均值法
     * @param totalAmount
     * @param totalPeopleNum
     * @return
     */
    public static List divideRedPackage(Integer totalAmount,
                                                 Integer totalPeopleNum) {
        List amountList = new ArrayList();

        //为了使用random.nextInt(Integer)方法不得不先把红包金额放大100倍,最后在main函数里面再除以100
        //这样就可以保证每个人抢到的金额都可以精确到小数点后两位

        Integer restAmount = totalAmount * 100;

        Integer restPeopleNum = totalPeopleNum;

        Random random = new Random();

        for (int i = 0; i < totalPeopleNum - 1; i++) {

            // 随机范围:[1,剩余人均金额的两倍),左闭右开

            int amount = random.nextInt(restAmount / restPeopleNum * 2 - 1) + 1;
            restAmount -= amount;
            restPeopleNum--;
            amountList.add(amount);
        }
        amountList.add(restAmount);

        return amountList;
    }

运行结果

微信、QQ是如何实现抢红包?_第6张图片 二倍均值法打印结果

线段切割法

算法原理:

把红包总金额想象成一条很长的线段,而每个人抢到的金额,则是这条主线段所拆分出的若干子线段。
当N个人一起抢红包的时候,就需要确定N-1个切割点。
因此,当N个人一起抢总金额为M的红包时,我们需要做N-1次随机运算,以此确定N-1个切割点。
随机的范围区间是[1,100* M)。当所有切割点确定以后,子线段的长度也随之确定。这样每个人来抢红包的时候,只需要顺次领取与子线段长度等价的红包金额即可。

代码实现

/**
     * 线段分割法
     * @param money
     * @param n
     * @return
     */
    private static List segmentRedPackage(double money, int n) {
        //验证参数合理校验
        //为了使用random.nextInt(Integer)方法不得不先把红包金额放大100倍,最后在main函数里面再除以100
        //这样就可以保证每个人抢到的金额都可以精确到小数点后两位
        int fen = (int) (money * 100);
        if (fen < n || n < 1) {
            System.out.println("红包个数必须大于0,并且最小红包不少于1分");
        }
        List boards = new ArrayList<>();
        boards.add(0);
        boards.add(fen);
        //红包个数和板砖个数的关系
        while (boards.size() <= n) {
            int index = new Random().nextInt(fen - 1) + 1;
            if (boards.contains(index)) {
                //保证板子的位置不相同
                continue;
            }
            boards.add(index);
        }

        //计算每个红包的金额,将两个板子之间的钱加起来
        Collections.sort(boards);
        List list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < boards.size() - 1; i++) {
            Integer e = boards.get(i + 1) - boards.get(i);
            list.add(e);
        }
        return list;

    }

打印结果

微信、QQ是如何实现抢红包?_第7张图片 线段分割法打印结果

相关代码可关注微信公众号,后台回复:抢红包代码。获取下载
也可移步github
下载地址:https://github.com/CoderMerlin/red-package

文末

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