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如何设计一个秒杀系统，（高并发高可用分布式集群）

原创

小马哥学JAVA

发布于 2024-07-04 00:54:55

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设计一个高并发、高可用的分布式秒杀系统是一个非常具有挑战性的任务，需要从架构、数据库、缓存、并发控制、降级限流等多个维度进行考虑。以下是一个典型的秒杀系统设计思路：

1. 系统架构

微服务架构

拆分服务：将系统功能拆分为多个微服务，如用户服务、商品服务、订单服务、秒杀服务等。
负载均衡：使用Nginx或其他负载均衡器将请求分发到不同的服务实例，以均衡负载。
服务注册与发现：使用Eureka、Zookeeper等服务注册与发现组件管理服务实例。

分布式部署

多数据中心：在多个数据中心部署服务，提高系统的灾备能力。
水平扩展：通过增加服务器实例来扩展系统处理能力。

2. 数据库设计

数据库分库分表

分库：将数据库按业务逻辑拆分成多个子库，如用户库、商品库、订单库等。
分表：将大表拆分成多个小表，减少单表压力，提高查询效率。

数据库读写分离

主从复制：将数据库分为主库和从库，主库负责写操作，从库负责读操作，通过主从复制保持数据一致性。
读写分离：通过中间件（如MyCat）或应用层进行读写分离，提高读操作的并发能力。

3. 缓存设计

使用缓存减轻数据库压力

本地缓存：在应用服务器上使用本地缓存（如Guava Cache）存储热点数据，减少远程访问延迟。
分布式缓存：使用Redis、Memcached等分布式缓存系统存储热点数据，提高数据访问速度。

缓存预热与更新

缓存预热：在秒杀开始前，将商品库存、活动信息等数据加载到缓存中。
缓存更新：使用消息队列（如Kafka、RabbitMQ）异步更新缓存，确保数据一致性。

4. 并发控制

限流与降级

限流：在Nginx、应用层、数据库层设置限流策略，防止瞬时高并发请求冲击系统。
降级：在系统负载过高时，临时关闭部分非核心功能或返回友好提示信息。

排队机制

令牌桶算法：在秒杀服务前设置令牌桶，控制请求进入的速度。
排队队列：使用消息队列（如RabbitMQ）对请求进行排队处理，避免瞬时高并发。

5. 库存扣减策略

原子操作与乐观锁

原子操作：使用数据库原子性操作（如MySQL的UPDATE语句）实现库存扣减。
乐观锁：在扣减库存时使用乐观锁机制（如版本号、CAS），避免并发修改库存。

异步扣减

预扣减：在缓存中预扣减库存，用户支付成功后再正式扣减数据库库存。
异步处理：使用消息队列异步处理库存扣减，减轻数据库压力。

6. 数据一致性

分布式事务

TCC：使用TCC（Try-Confirm-Cancel）模式实现分布式事务，确保数据一致性。
消息最终一致性：通过消息队列实现最终一致性，在消息消费成功后更新数据库状态。

7. 安全防护

防止刷单与作弊

验证码：在秒杀请求前设置验证码，防止恶意刷单。
IP限流：对单个IP的请求进行限流，防止恶意请求。

数据加密与签名

数据加密：对敏感数据进行加密传输，防止数据泄露。
签名验证：对重要请求参数进行签名验证，确保请求的合法性。

8. 监控与报警

全链路监控

日志监控：使用ELK（Elasticsearch、Logstash、Kibana）等日志系统监控系统日志。
性能监控：使用Prometheus、Grafana等工具监控系统性能指标（如CPU、内存、请求响应时间等）。

异常报警

报警系统：设置报警规则，当系统出现异常（如高延迟、高错误率）时，发送报警通知。

示例架构图

plaintext复制代码           +-----------+
           |  Client   |
           +-----------+
                |
                v
      +--------------------+
      |    Load Balancer   |
      +--------------------+
                |
                v
      +------------------------+
      |    API Gateway (Nginx) |
      +------------------------+
                |
                v
  +-------------+-------------+-------------+
  |             |             |             |
  v             v             v             v
+------+     +------+     +------+     +------+
| User |     | Prod |     | Order|     |Seckill|
| Svcs |     | Svcs |     | Svcs |     | Svcs |
+------+     +------+     +------+     +------+
  |             |             |             |
  v             v             v             v
+------+     +------+     +------+     +------+
|Cache |     |Cache |     |Cache |     |Cache |
|Redis |     |Redis |     |Redis |     |Redis |
+------+     +------+     +------+     +------+
  |             |             |             |
  v             v             v             v
+------+     +------+     +------+     +------+
| DB   |     | DB   |     | DB   |     | DB   |
+------+     +------+     +------+     +------+
  |             |             |             |
  v             v             v             v
+------+     +------+     +------+     +------+
| MQ   |     | MQ   |     | MQ   |     | MQ   |
+------+     +------+     +------+     +------+
  |
  v
+------+
| Moni |
| toring|
+------+

代码示例（Java + Spring Boot）

以下是一个简单的秒杀服务的代码示例：

java复制代码@RestController
@RequestMapping("/seckill")
public class SeckillController {

    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

    @Autowired
    private SeckillService seckillService;

    @RequestMapping(value = "/{productId}", method = RequestMethod.POST)
    public ResponseEntity<String> seckill(@PathVariable("productId") long productId) {
        // 1. 校验请求合法性（如验证码、用户身份等）

        // 2. 预扣减库存
        String stockKey = "seckill:stock:" + productId;
        Long stock = redisTemplate.opsForValue().decrement(stockKey);
        if (stock == null || stock < 0) {
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.NOT_FOUND).body("Sold out");
        }

        // 3. 生成订单
        boolean result = seckillService.createOrder(productId);
        if (!result) {
            // 回退预扣减库存
            redisTemplate.opsForValue().increment(stockKey);
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR).body("Failed to create order");
        }

        return ResponseEntity.ok("Seckill success");
    }
}

@Service
public class SeckillService {

    @Autowired
    private OrderRepository orderRepository;

    @Transactional
    public boolean createOrder(long productId) {
        // 扣减数据库库存
        int updateCount = productRepository.decreaseStock(productId);
        if (updateCount <= 0) {
            return false;
        }

        // 创建订单
        Order order = new Order();
        order.setProductId(productId);
        order.setCreateTime(new Date());
        orderRepository.save(order);

        return true;
    }
}