微信红包技术分析

计算：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。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。

实时性：为什么明明抢到红包，点开后发现没有，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。

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。

红包的设计：微信从财付通拉取金额数据过来，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。

import java.util.Random; /* * floor 向下取整 * round 四舍五入 * ceil 向上取整 */

public class LuckyMoney { private static final double BASEMONEY = 0.01; public static void main(String[] args) { int totalNum = 3; double totalMoney = 1; for (int i = 0; i < 100; i++) dispatch(totalNum, totalMoney); } private static void dispatch(int totalNum, double totalMoney) { try { verifyData(totalNum, totalMoney); double sendMoney = 0.0; RedPacket redPacket = new RedPacket(totalNum, totalMoney); while (redPacket.num >= 1) { Random r = new Random(); double min = BASEMONEY; double max = (redPacket.money / redPacket.num) * 2; double money = r.nextFloat() * max; if (redPacket.num == 1) { money = (sendMoney + redPacket.money == 1) ? redPacket.money : (redPacket.money + 0.01); } money = (money <= min ? min : Math.floor(money * 100) / 100); sendMoney += money; System.out.println("第" + (totalNum + 1 - redPacket.num) + "个红包金额：" + money + ", 剩余红包金额："
                        + (Math.ceil((totalMoney - sendMoney) * 100) / 100)); redPacket.num--; redPacket.money = Math.floor((redPacket.money - money) * 100) / 100; } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } private static void verifyData(int totalNum, double totalMoney) throws Exception { if (totalMoney < (totalNum * BASEMONEY)) { System.err.println("钱太少，不够分"); throw new Exception("Error"); } } } class RedPacket { int num; double money; public RedPacket(int num, double money) { this.num = num; this.money = money; } }

该算法会出现金额一样的，但是手气最佳只有一个，先抢到的那个最佳。

并发性处理：红包如何计算被抢完？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。财富通如何保持8w每秒的写入？多主sharding，水平扩展机器。数据容量多少？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。查询红包分配，压力大不？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。一个红包一个队列？没有队列，一个红包一条数据，数据上有一个计数器字段。

拆包：为了保证每次操作的原子性，拆包过程中使用了CAS，确保每次只有一个并发用户拆包成功。拆包CAS失败的用户可以由系统自动进行重试。但也有可能在重试过程中被别的用户抢得先机而空手而归，因此严格意义拆包的调用也未能保证用户先到先得。

预分配策略和实时计算策略：微信红包为了减少存储，每次进行了一个理解稍复杂的实时计算。对比大部分架构师想到的预分配金额的做法，预先分配金额需要将金额保存在一个内存队列中，如果红包的份额较多，则需要较大的存储空间。而微信红包仅保存 count:balance这样2个数字。count指还剩几个人可以抢，balance只还剩下的金额。但是预分配金额也并不是非得需要额外存储。比如利用随机算法，在种子相同的情况下，随机数实际上返回的随机序列也是固定的。因此预分配金额也只需要额外存储一个种子，或利用一些红包id做加密变换做seed达到零存储。而在发放红包时候，无需进行CAS操作，而只需要对剩余红包count做一个DECR操作。当count<0时，表示红包被拆包抢完。由于DECR是原子操作，无需加锁，用简单的方法达到了先拆包先得，原理上不存在早拆包但由于并发冲突失败而抢不到红包的情况。每个人分配的金额是：total * random(n) / random_total，不需要重复计算。random(1)..random(n)不需要保存，因为对于给定的seed，random(1)到random(n)返回是固定的。

参考文献：

[1] https://www.zhihu.com/question/22625187

[2] https://www.zybuluo.com/yulin718/note/93148