鐵路互聯網售票系統(tǒng)網站建設的優(yōu)化探討

趙 光 上海鐵路局信息技術所

2012年春運，是鐵路首次大規(guī)模實行互聯網售票，12306互聯網售票系統(tǒng)的初衷是通過在線購票方式以免除旅客半夜早起，在瑟瑟寒風中排隊挨凍購票的痛苦，讓普通民眾享受互聯網技術所帶來的方便，同時加大打擊票販子，促進社會和諧，改善鐵路形象。從其實際運行效果來看，該網站在平時的運行的確比較成功，但在應對春運期間瞬間海量的并發(fā)訪問時，一度出現許多問題。海量事物處理的高并發(fā)訪問本身就是國內公認的難題。因此，亟需對12306網站進行優(yōu)化，提前謀劃，精心布局，未雨綢繆，以便應對2013年春運可能面臨的更大網上流量。

1 12306網上售票的現狀及潛在的問題

根據公開的資料顯示，12306購票系統(tǒng)在春運期間的高峰已超過14億PV。目前在12306互聯網售票系統(tǒng)中注冊的用戶數為1400萬，單日互聯網交易量高峰達188萬筆 (全路日均售票量近500萬張，高峰期售票量達700萬張)。

12306 互聯網售票系統(tǒng)在春運期間暴露的問題主要是：在票額分發(fā)的瞬間，大量的用戶秒殺，造成網站出奇的慢、很難登陸、支付不容易成功、用戶因焦慮而不停地刷屏等。

同時12306還存在一個潛在的問題，根據相關的統(tǒng)計數據，中國的流動人口為2個億，這些流動人口是春運期間通過互聯網售票系統(tǒng)享受所帶來便利的最大人群，現在這部分人中很多人還沒有成為12306的注冊用戶，如果12306互聯網售票系統(tǒng)做得非常強勁的話，其注冊的用戶數將會非?？焖俚卦鲩L，翻幾番地增長是非常有可能的，如此大規(guī)模的事物高速處理是件非常棘手的事情。

2 從12306與其他商務網站的比較看其高速處理的難點

實現海量事物的高速處理，目前仍是IT業(yè)界公認的一個難題，國內的權威機構負責人-清華大學Web與軟件技術研究中心主任王津曾發(fā)表看法認為：“海量事務高速處理系統(tǒng)是一種非常特別的系統(tǒng)，應用的場合很少，無法想象在峰值時系統(tǒng)的性能下降之劇烈乃至崩潰。懇請不臆測、不輕視類似12306系統(tǒng)的難度”。

與12306類似的有著高并發(fā)訪問的國內大型網站還包括淘寶、新浪微博、京東商城、騰訊QQ等。與春運相似度最高的大概就是淘寶的雙11秒殺活動了，雖然兩者都是實名制，但還是有很大的區(qū)別：第一，銷售的行為不同：雖然淘寶活動期間瞬間的量也很大，但是它不會造成用戶如果沒完成購買行為，就不高興，后期還會買到想要的東西。但是車票在春運期間蘊涵著年味與親情，是特殊性的和唯一性的，票被人買走了，就不會再有了；第二，在訪問的地域性方面，購物網站里面可以依照你所在的城市很快看到這個城市可以買到的東西，而車票的概念就沒有地域性了；第三，在業(yè)務流程方面，在做實名制跟金流的時候，每一階段的動作都必須要基于前一個行為，比如說確認用戶的身份后，還要確認他的銀行卡和其存款是否足額，甚至要完成轉帳以后，才能確定出票。而在淘寶網上，則可以先把東西買好，事后再做轉帳，所以他的流程不見得是單一項的。

而與新浪相比，由于新浪不是一定要做到實名制，它就不需要很大的數據庫來支持整合金流、物流等等這些東西，且對于回應的結果并不要求那么及時。

因此可以說，在目前國內的電子商務網站中，對于海量事物的高速處理，12306遇到前所未有的挑戰(zhàn)，無出其右者。難怪王津曾感嘆到“中國的鐵路電商系統(tǒng)，將是全世界規(guī)模最大的電商系統(tǒng)之一，也是全世界最海量最高速的事務處理系統(tǒng)之一，運行峰值時沒有任何已知的系統(tǒng)可以比肩，是難度最高最容易失敗的系統(tǒng)之一”。

3 12306應該具有的能力和達到的目標

12306 互聯網售票系統(tǒng)要讓旅客在春運時方便快速地使用，應該具有以下幾個特點:

（1）必須讓12306互聯網售票系統(tǒng)承擔更多火車票銷售的任務，降低傳統(tǒng)渠道(例如車站和代售點)的壓力。根據統(tǒng)計數據顯示，12306互聯網售票系統(tǒng)的售票比例只有11%，如果能夠提高到40%以上，那對旅客和鐵路售票員來說都是一大好事，兩全其美。

（2）系統(tǒng)應該具有良好的用戶體驗，用戶界面友善、操作方便。

（3）要支持智能手機，讓用戶能夠通過智能手機很方便地使用。

（4）最重要的一點，該系統(tǒng)應該是一個高性能、高可靠性、可伸縮性的系統(tǒng)，在春運高峰期增加機器能夠應對高峰期的峰值用戶群，在非高峰期減少機器，降低相應的消耗及運維成本。

4 如何為12306搭建高性能高并發(fā)系統(tǒng)架構

針對12306的高性能和高并發(fā)訪問要求，如何搭建相關的系統(tǒng)架構，其實，早有相關技術人員給出建議：開放相關的互聯網接口，讓相關的大型網站接入，分擔12306高峰時的壓力。筆者以為，從技術上不失為一種方案。具體來說就是：把12306互聯網售票系統(tǒng)與淘寶、騰訊、新浪微博等這些公司平臺提供的互聯網應用進行對接，采用消息隊列為核心的異步機制方式進行。這樣當在票額上網的瞬間，有大量用戶進行秒殺的時候，就可以在幾分鐘之內甚至1分鐘之內壓到新浪微博、淘寶、騰訊這些公司平臺提供的互聯網售票WEB應用中，所產生的壓力由相應的網絡、均衡負載器、互聯網售票WEB應用的服務器給分別地承銷掉，并且轉換成相應的消息異步傳送到12306互聯網售票數據服務系統(tǒng)進行處理，12306互聯網售票數據服務系統(tǒng)可以根據相應的需求按需配置所需要的資源，同時由于采用了消息隊列為核心的異步機制，可以對登錄實現一次處理多條消息的批量處理，而且還可以利用支付寶、財富通等進行支付，豐富支付方式，從而大大地降低對后臺系統(tǒng)的壓力。高峰時并發(fā)的壓力將會下降幾個數量級。但是在這種架構方式中存在的缺點就是如何與這些網站進行協(xié)商以及利益如何分成等，且消息隊列的異步處理要求較高。

據悉，12306互聯網售票系統(tǒng)要在鐵路局網上開分店，個人以為其實質上與跟大的網站合作類似，且這樣處理可能更方便些,避免了合作過程中可能出現的問題，而且可以把后臺票額的數據分布做得更加靈活，只是支付系統(tǒng)可能需要下一番功夫做好。這種方式的最大的缺點是需要投入大量的成本。

5 前端展現和后端架構的優(yōu)化策略

對于常用的使用CDN、使用緩存、后端的數據分區(qū)、數據鏡像等優(yōu)化措施，相信12306都已經付諸實施。這里筆者只是介紹一下前端展現和后端架構的優(yōu)化方面。

前端優(yōu)化：在網站的頁面設計中，把CSS樣式嵌入到頁面中，加大了頁面的大小，消耗了帶寬。如果每個頁面大小70 K，其中CSS嵌入假設是1 K。因為每次訪問，都要去下載這多余的1 k的css樣式，那么上千萬的pv去訪問的時候，產生的流量就是1 k×上千萬次。也就是說要多消耗服務器的這么多網絡帶寬，這是很致命的，任何一個小細節(jié)在高并發(fā)下都會被放大。網站上如果有大量的嵌套CSS，可以考慮與頁面框架分離，緩解網站前端訪問壓力。

后臺架構方面：12306售票系統(tǒng)的關鍵在于秒殺票額時后臺頻繁的讀寫數據記錄操作，這也是海量事物高速處理的難點。我們知道：數據庫的事物處理必須保證事物的一致性、原子性、隔離性與持久性,因此數據庫都必須使用一定的鎖機制來保證數據的一致性，因此并不是說只要有足夠的帶寬、服務器夠快、夠多就可以解決“海量事物高速處理”的問題，2008年奧運會的定票系統(tǒng)也遇到過類似的情況。

在12306網站架構中推薦引入中間件，把事物的協(xié)調處理交給中間件，而不是僅僅依靠數據庫本身的鎖機制。把這個自行開發(fā)的中間件部署到分布式系統(tǒng)中，可以按照實際需求最大程度的優(yōu)化，目前，“海量事物高速處理”中自行開發(fā)分布式事物處理大多基于Paxos算法，該算法提供了一個為分布式系統(tǒng)如何就某個值（決議）達成一致的模型。Paxos算法證明了一個符合Paxos模型的實現必然能保證分布式一致性，不需要針對于每次的具體實現再次證明，是目前解決分布式系統(tǒng)一致性算法中最有效的算法。放在實際的應用環(huán)境中也就意味著，數據庫被綁定在自己做的中間件上，其他的應用和消息的異步處理等都從相關中間件上獲取數據，而不是直接訪問數據庫。這樣一來，對數據庫的訪問達到最大程度的優(yōu)化。

6 對新一代售票系統(tǒng)的個人看法

目前，鐵道部已啟動了新一代客票系統(tǒng)的規(guī)劃和設計。新一代客票系統(tǒng)將在既有客票系統(tǒng)的基礎上，在技術架構方面，引入云計算技術，構建支撐超大規(guī)模并發(fā)交易、海量數據存儲、靈活擴展、安全可靠高效的綜合信息系統(tǒng)。

但是，至少在目前來看，采用云計算可能還不現實。首先云計算比較適合于小型的網站，而對于大型的電子商務以及12306這種實名制的定票系統(tǒng)來說，將核心的應用以及重要的數據放到云平臺上，可能并不劃算，因為帶寬、CPU等都要計費，利用率提高了，成本不一定節(jié)省，且不可控。而且從數據的安全性上還不太現實，目前國內并沒有什么成熟的云平臺能提供高可靠性、高性能的解決方案，比較成熟的云服務商大部分在國外，國內掌握云計算核心技術的人才匱乏，12306實名制的特點決定其數據不能隨便亂放，“云里霧里”的云計算雖然愿望很好，但在用戶負荷變化劇烈的情況下，技術和管理都不成熟的云計算資源都可能出現問題，而這對于商用來說甚至是災難性的。除非12306搭建一個屬于自己的私有云環(huán)境。7網站的管理與商務操作建議

再好的電子商務網站也需要業(yè)務管理與技術維護相配合，12306原是為高鐵與動車定票服務的，而在主觀部門的行政要求下，要在春運推廣到全路所有的車次，因此網站壓力驟至，而留給相關技術人員的時間又太短，只能是勉強度過了這個春運。因此，相關部門的行政決定必須聽取技術人員的意見。

造成12306春運瞬間負荷過重的直接原因是每天的固定時間點票額集中上網，票額的管理是否可以考慮把票額上網的時間點分開（例如票額按車次的開點自動上網等等），分散一下目前并發(fā)訪問的額度，從而緩解12306并發(fā)訪問峰值的壓力，達到削峰填谷的效果。

12306 網站作為鐵路售票的專有電子商務網站，到目前為止，還沒有相應的廣告投放等其它商務操作。以目前春運擁有如此高的訪問量，相關的商務前景相當廣泛，有業(yè)內人士指出12306的潛在價值可達到100個億。這方面可考慮與專門的公司合作，充實團隊的相關人員，參考國內大型的電子商務網站的運做模式。

總之，12306互聯網售票系統(tǒng)的建設必須以用戶的體驗為中心，通過互動式運營不斷改進，這是任何一個大型網站建設必須遵循的思路。淘寶和新浪等許多大型的成功網站都是經過多年的沉淀與積累，而12306還畢竟是第一次投入春運，對于后面的改進與完善，我們充滿期待。