亲自动手设计一个高并发的秒杀系统

一、需求

1. 有多款商品，每款商品均100件，每人限每款商品最多购买一件。
2. 在X月X日 X时X分0秒开启购买。在约定时间之前，只能看到产品页面，购买按钮置灰。

二、活动预估

1. 预计每种商品数万人参与
2. 活动开始后半分钟内，预计每种商品收到10W次交易请求，预计总TPS：20W/s
3. 活动开始半分钟后，预计绝大多数商品已售罄，剩下的商品仍支持秒杀，预计总TPS：2000/s

三、系统现状

1. 系统可保持长期稳定运行的最大TPS：1000/s
2. 短时间「1分钟内」系统未拒绝服务的最高TPS：1500/s

四、设计预研

方案一：改造现有系统，微服务系统整体大幅增加TPS

优点：

1. 大幅增加TPS后，业务系统可直接承载巨量交易请求，应付秒杀需求会更加从容。

缺点：

1. 秒杀活动次数少，改造成本、风险较大，性价比低
2. 改造后，系统架构会更加复杂，可维护性降低

方案二：开发新应用，承载该需求；改造现有应用以支持新应用

优点：

1. 对现有业务系统改造小，成本低。
2. 使用新应用承载秒杀交易请求，灵活度高，不用过多考虑向后兼容问题。

缺点：

1. 需要一定程度牺牲用户体验。

结论

基于成本和可行性考虑，采用方案二

五、架构设计

5.1 现有架构设计

1. 前台应用直接承接用户访问、交易请求，无CDN服务。
2. 前台应用接收到交易请求后，直接RPC同步请求中台应用
3. 中台应用受到交易请求后，同步完成创建订单、支付、扣减商品数、完成交易等业务流程
4. 前台应用接收到中台应用的处理结果，向用户展示交易商品的物流信息。

5.2 最新架构设计

5.2.1 架构设计一览图

秒杀系统架构

5.2.2服务模块设计

1. 前端、客户端随机丢弃交易请求

1. 根据用户查看商品详情页的次数，预估商品的热门程度，对不同商品设定不同的丢弃比率，设计字段：discard，取值为 [0, 100)，作为商品属性。
2. 前端、客户端，在用户提交交易请求时，生成 [0, 100] 范围内的随机数，discard < 随机数的订单直接丢弃，但向用户展示排队页面，排队10秒后直接显示交易失败。

2. 提供CDN服务

1. 静态资源均保存在CDN服务中
2. 前端展示的专门秒杀页面，除了「交易发起」请求外，用户的任何操作均不会请求到公司的微服务业务系统。

3. 开发专门的「秒杀应用」，提供熔断服务

1. 秒杀应用直接承载前端、客户端的交易请求，授权通过的请求发往前台应用处理，授权拒绝的请求直接拦截，返回交易失败。
2. 秒杀应用通过配置中心，实时获取最新配置。可配置对交易的丢弃比率，开发同事在秒杀时间段内，调整配置，保证发往业务系统的交易请求，TPS保持在 10000/s 以内。
3. 秒杀应用无数据库，无状态，水平扩展后可成比例增加吞吐量。

4. 现有业务系统优化吞吐

1. 前台、中台各应用，通过优化设计进而优化吞吐，有如下优化方式：
   • 采用分库分表等水平拆分方式，横向扩展数据库，此时也可以大幅增加POD数了
   • 静态数据缓存在Redis中，数据从Redis中取，保证不会读取数据库，后台定时任务更新缓存。「保证缓存定时更新且无缓存击穿」
2. 分库分表策略：
   • 按照商品拆分数据库与应用
   • 按照用户id二次拆分数据库与应用
3. 经过上述优化，至少可以将中台业务系统的短时间「1分钟内」系统未拒绝服务的最高TPS，由2000/s提升至4000/s
4. 由于前台应用逻辑较简单，TPS可提升至10000/s，无需再优化。
5. 由于木桶效应，业务系统整体的短时间「1分钟内」系统未拒绝服务的最高TPS，为4000/s

5. 异步队列

1. 前台应用效率较高，此处仅优化中台应用即可。
2. 前台应用将秒杀交易请求均发往 Kafka，中台应用通过 Kafka 消费消息，进行实际业务处理。
3. 由于业务高峰时间段最多仅有半分钟 ~ 1分钟，中台应用在 2 分钟左右处理完全部交易也可以接受。
4. Kafka 的 TPS 为数十 W/s，承载前台 5000/s ~ 10000/s 的TPS毫无压力。
5. 经此优化，业务系统整体的短时间「1分钟内」系统未拒绝服务的最高TPS，可从 4000/s 提升至 10000/s

缺点：极端情况下，交易处理会较为缓慢。

6. 服务降级

1. 秒杀开始前半小时到秒杀结束后的半小时，这个时间段内，部分服务降级
2. 时间段内，不展示物流信息、不支持生成及展示发票，保证核心业务系统的稳定