一種基于秒殺應(yīng)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

摘要：通過對(duì)秒殺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)及性能需求進(jìn)行分析，著重考慮系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，提出一種適用于互聯(lián)網(wǎng)秒殺應(yīng)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)框架，主要包括商品維護(hù)、商品展示、庫存管理和訂單處理4大功能模塊，并引入緩存技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫讀寫邏輯進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到系統(tǒng)高并發(fā)性和高可用性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電子商務(wù)；秒殺；緩存；高并發(fā)

DOIDOI：10.11907/rjdk.143917

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2015）002009703

作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：邵斐（1982-），男，上海人，碩士，上海清算所工程師，研究方向?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)電子商務(wù)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。

0引言

隨著電子商務(wù)的不斷發(fā)展，秒殺＼[1＼]作為一種嶄新的互聯(lián)網(wǎng)營銷模式也日益受到關(guān)注。由于秒殺這種網(wǎng)絡(luò)促銷行為能夠在短時(shí)間內(nèi)聚集大量人氣，所以對(duì)企業(yè)具有極高的商業(yè)價(jià)值。但也由于很多電子商務(wù)平臺(tái)＼[2＼]對(duì)于秒殺系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)上的不足，使得在推廣秒殺活動(dòng)時(shí)，無法有效應(yīng)付因活動(dòng)時(shí)激增的用戶訪問量導(dǎo)致的平臺(tái)運(yùn)行不穩(wěn)定問題，如訪問超時(shí)、響應(yīng)速度慢，甚至服務(wù)癱瘓等。為避免企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，挽回用戶信心，設(shè)計(jì)一套專門的秒殺系統(tǒng)成為各家電商平臺(tái)需要重點(diǎn)解決的問題。然而目前學(xué)術(shù)界專門論述如何建設(shè)電商領(lǐng)域的秒殺類應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)較少，因此本文從分析秒殺應(yīng)用的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)如何構(gòu)建具有實(shí)用性的秒殺系統(tǒng)進(jìn)行了探索。

1秒殺系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

1.1秒殺系統(tǒng)分析

從電商平臺(tái)的角度，秒殺類商品總是在某個(gè)特定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行銷售，有極強(qiáng)的時(shí)效性；從用戶的角度，為了成功獲得商品，往往會(huì)集中在秒殺活動(dòng)開始時(shí)的一個(gè)較短時(shí)間內(nèi)完成商品購買的整個(gè)流程，即搶購式的購買方法，因此導(dǎo)致了秒殺系統(tǒng)的并發(fā)訪問是一種突發(fā)的高并發(fā)。另外秒殺歸根到底是電商的一種促銷手段，這種以超低價(jià)吸引買家的性質(zhì)決定了對(duì)應(yīng)的秒殺商品的庫存數(shù)往往會(huì)控制在一個(gè)很少的量級(jí)單位。通過以上分析可以得出，要構(gòu)建一套實(shí)用合理的秒殺業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要從3個(gè)方面入手：①如何提供快速有效的商品信息展示；②如何做到商品庫存實(shí)時(shí)更新；③如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的訂單處理。

1.2秒殺系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

通常情況下高并發(fā)類型的系統(tǒng)＼[3＼]性能瓶頸往往集中在數(shù)據(jù)庫的讀寫操作上，而通過分析，基于秒殺類商品的庫存數(shù)量不會(huì)太大，且時(shí)間持續(xù)不會(huì)太長這一現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，可以得出秒殺系統(tǒng)的瓶頸更偏向于對(duì)數(shù)據(jù)庫的讀操作性能上。為提升秒殺系統(tǒng)的整體性能，可以在業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)庫層之間增加一個(gè)數(shù)據(jù)緩存層＼[4＼]，使用緩存技術(shù)＼[5＼]將對(duì)數(shù)據(jù)庫本身的讀寫請(qǐng)求降至最低。秒殺系統(tǒng)的總體功能模塊如圖1所示。

圖1秒殺系統(tǒng)功能模塊

秒殺系統(tǒng)中的緩存使用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①用于商品基本信息的展示。通過將商品的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁內(nèi)容轉(zhuǎn)換成靜態(tài)頁面形式保存，以避免對(duì)相同商品的重復(fù)訪問而導(dǎo)致的大量數(shù)據(jù)庫讀操作；②用于商品庫存的實(shí)時(shí)管理。在秒殺活動(dòng)過程中先通過緩存維護(hù)庫存信息，活動(dòng)結(jié)束后再統(tǒng)一更新入庫，有效降低活動(dòng)進(jìn)行中對(duì)數(shù)據(jù)庫的頻繁修改操作；③用于商品訂單管理。所有秒殺商品訂單先統(tǒng)一存入緩存中，待秒殺活動(dòng)結(jié)束后再統(tǒng)一進(jìn)行結(jié)算處理，這樣可以盡可能地將所有計(jì)算能力都放在應(yīng)對(duì)用戶的訪問請(qǐng)求服務(wù)上。

1.2.1商品維護(hù)模塊設(shè)計(jì)

商品維護(hù)作為獨(dú)立的后臺(tái)模塊專門用于對(duì)秒殺商品的設(shè)置，包括商品描述、特征分類、商品價(jià)格、庫存、售賣時(shí)間等信息。管理員可在此模塊中進(jìn)行商品的添加、修改、刪除等操作。由于商品信息本身不是一成不變的，尤其是在商品秒殺活動(dòng)過程中遇到需要變更商品信息的情況更是不可避免，因此必須有一套與緩存策略相適應(yīng)的數(shù)據(jù)更新策略。具體做法是在商品維護(hù)模塊中對(duì)商品進(jìn)行任何變更后，除了更新數(shù)據(jù)庫中的商品信息外，還需要在數(shù)據(jù)庫中記錄商品更新的時(shí)間戳信息。此表將作為商品緩存管理時(shí)檢測(cè)商品信息新鮮度的重要標(biāo)識(shí)。商品維護(hù)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2商品維護(hù)業(yè)務(wù)流程

1.2.2商品展示模塊設(shè)計(jì)

秒殺系統(tǒng)主要通過頁面緩存＼[6＼]來解決提供穩(wěn)定可靠的商品基本信息查詢服務(wù)的問題，即將秒殺商品網(wǎng)頁預(yù)先生成靜態(tài)HTML頁面并存放在緩存中，而不是重新通過IO讀取。商品展示模塊的業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3商品展示業(yè)務(wù)流程

當(dāng)用戶訪問相關(guān)頁面時(shí)先判斷商品頁面是否存在緩存，如果存在則直接調(diào)用靜態(tài)頁面，否則才從數(shù)據(jù)庫中讀取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息。本文中的緩存使用MemCached進(jìn)行HTML網(wǎng)頁的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，當(dāng)緩存不存在時(shí)系統(tǒng)將調(diào)用API從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，而此操作將會(huì)成為整個(gè)系統(tǒng)的性能瓶頸。為盡量避免對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，需要在系統(tǒng)中單獨(dú)部署一個(gè)Job服務(wù)，在秒殺活動(dòng)開始前遍歷相關(guān)商品，預(yù)先生成頁面緩存信息。如果在某些特殊情況下依然需要對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行直接讀取操作，則在讀取完成后需要將當(dāng)次讀取到的信息同步入緩存中，以保證下次再有對(duì)相同商品的訪問請(qǐng)求時(shí)可直接讀取緩存。為保證商品信息的時(shí)效性，本文采用一種時(shí)間戳維護(hù)機(jī)制，具體方法是：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫中的商品時(shí)間戳信息表，當(dāng)后臺(tái)監(jiān)控服務(wù)發(fā)現(xiàn)某個(gè)商品的時(shí)間戳信息發(fā)生變化后，則即時(shí)刷新緩存數(shù)據(jù)，以此確保終端用戶讀取到的數(shù)據(jù)是最新的。商品緩存維護(hù)流程如圖4所示。

圖4商品緩存維護(hù)流程

緩存同步Job部署在獨(dú)立的內(nèi)部應(yīng)用服務(wù)器上，由于服務(wù)需要從商品時(shí)間戳信息表中獲取商品及其時(shí)間戳數(shù)據(jù)，為了盡量降低每次從數(shù)據(jù)庫獲取的數(shù)據(jù)量，除了第一次數(shù)據(jù)初始化外，之后每次僅獲取上次運(yùn)行完成的時(shí)間點(diǎn)之后的數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到性能因素，將“商品-時(shí)間戳”的字典維護(hù)在服務(wù)器的本地緩存中。Job的運(yùn)行頻率正常情況下控制在分鐘級(jí)即可。由于整體系統(tǒng)架構(gòu)采取集群模式，當(dāng)發(fā)生當(dāng)前服務(wù)器集群無法承受的情況，也可通過增加服務(wù)器數(shù)量，然后將所有商品重新平均分配到各個(gè)服務(wù)器上來解決。

1.2.3庫存及訂單管理模塊設(shè)計(jì)

針對(duì)秒殺產(chǎn)品庫存數(shù)有限的特點(diǎn)，解決庫存更新以及訂單處理的基本思路是先將庫存信息維護(hù)在緩存中，同時(shí)還需要維護(hù)一個(gè)訂單隊(duì)列，通過單獨(dú)的服務(wù)處理此隊(duì)列中的訂單請(qǐng)求，并完成最終的數(shù)據(jù)入庫操作。用戶在打開商品頁面時(shí)，首先從緩存中獲取商品基本信息，包括商品售賣時(shí)間以及可售標(biāo)識(shí)，這里的可售標(biāo)識(shí)僅表示當(dāng)前商品是否可以進(jìn)行銷售，并不維護(hù)實(shí)際的商品庫存數(shù)。當(dāng)秒殺活動(dòng)開始后，用戶可以通過點(diǎn)擊“預(yù)訂”按鈕進(jìn)行搶購。如果當(dāng)前商品庫存大于0，則用戶可以進(jìn)行后續(xù)預(yù)訂操作并更新庫存數(shù)，當(dāng)商品庫存數(shù)減為0后，需要額外刷新緩存中存儲(chǔ)的商品信息，將可售標(biāo)識(shí)置為False，以表示商品不可繼續(xù)出售。如果用戶成功搶購到商品，系統(tǒng)并不直接將用戶的預(yù)訂單寫入數(shù)據(jù)庫中，而是先統(tǒng)一保存入一個(gè)訂單隊(duì)列中，此訂單隊(duì)列本身也存儲(chǔ)在緩存之中。商品下單Job的任務(wù)就是輪詢此訂單隊(duì)列，依次處理隊(duì)列中的預(yù)訂請(qǐng)求，將預(yù)訂信息寫入數(shù)據(jù)庫中。由于秒殺商品數(shù)量有限，因而訂單隊(duì)列中的記錄數(shù)不能大于商品庫存數(shù)量。因此，通過獨(dú)立的Job服務(wù)進(jìn)行此類集中的數(shù)據(jù)處理在性能上是可以保證的。當(dāng)用戶訂單被同步入數(shù)據(jù)庫中之后，用戶可在專門的個(gè)人訂單頁面中看到自己的預(yù)訂信息并進(jìn)行最終的支付操作，至此整個(gè)秒殺過程全部完成。庫存更新及訂單處理的業(yè)務(wù)流程如圖5所示。

圖5商品庫存及訂單管理業(yè)務(wù)流程

在以上流程中最關(guān)鍵的是維護(hù)商品的庫存信息。目前部分秒殺系統(tǒng)的做法是在MemCached中以商品ID為鍵維護(hù)庫存數(shù)據(jù)，這種設(shè)計(jì)很可能導(dǎo)致性能瓶頸。因?yàn)檫@使MemCached通過相同的商品ID計(jì)算Hash值得到目標(biāo)存儲(chǔ)服務(wù)器時(shí)每次都會(huì)是相同的結(jié)果，即指定商品一定會(huì)被存放在一臺(tái)固定的服務(wù)器上。當(dāng)此商品出現(xiàn)高并發(fā)訪問時(shí)，存放該商品庫存鍵值對(duì)的緩存服務(wù)器必將承受極大負(fù)載。為了避免類似的單點(diǎn)服務(wù)可能造成的系統(tǒng)瓶頸，本文中對(duì)于秒殺商品的庫存信息維護(hù)作了適當(dāng)優(yōu)化，在設(shè)計(jì)鍵值對(duì)時(shí)采用“服務(wù)器標(biāo)識(shí)+商品”作為Key，這樣即使同一個(gè)商品，由于Key不同最終可以得到不同的Hash值，使數(shù)據(jù)會(huì)被存儲(chǔ)到不同的緩存服務(wù)器上，以此達(dá)到分布式存儲(chǔ)的目的。

2秒殺系統(tǒng)性能測(cè)試

為驗(yàn)證秒殺系統(tǒng)的具體性能，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：測(cè)試樣本為10個(gè)秒殺商品，每個(gè)商品庫存數(shù)為1 000；測(cè)試緩存包含4臺(tái)WWW服務(wù)器，2臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器，2臺(tái)緩存服務(wù)器和1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。為測(cè)試方便，本測(cè)試中所有服務(wù)器采用相同配置，均為4核CPU，內(nèi)存16G。

圖6服務(wù)器事務(wù)操作性能

由圖6可見，在高并發(fā)情況下系統(tǒng)的壓力瓶頸主要來自于WWW服務(wù)器，在達(dá)到100 000個(gè)并發(fā)數(shù)的情況下，WWW服務(wù)器的CPU占用率已達(dá)到90%以上，而此時(shí)應(yīng)用服務(wù)器和緩存服務(wù)器仍有空閑資源。同時(shí)由于絕大部分操作均在前端服務(wù)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的CPU占用率始終保持平緩，不隨并發(fā)數(shù)增加而暴增。通過長期測(cè)試，在系統(tǒng)實(shí)際部署中推薦將WWW服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器數(shù)量按照3：1比例進(jìn)行配置，可以使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最大的并發(fā)訪問承受力。

3結(jié)語

本文針對(duì)秒殺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，從秒殺系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)流程入手，設(shè)計(jì)了一套完整的秒殺應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)充分應(yīng)用緩存技術(shù)，基本達(dá)到了對(duì)于秒殺系統(tǒng)的高并發(fā)性、高可靠性及易擴(kuò)展性要求，有效解決了秒殺系統(tǒng)的瞬時(shí)高并發(fā)難題，對(duì)構(gòu)建秒殺應(yīng)用或類似的高并發(fā)Web應(yīng)用有一定參考價(jià)值。但對(duì)于秒殺系統(tǒng)中的公平性設(shè)計(jì)目前尚未有完美的解決方案，有待進(jìn)一步研究。

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