面试：如何设计一个秒杀系统

一、秒杀系统的特点

• 高性能：秒杀涉及大量的并发读和并发写，因此支持高并发访问这点非常关键
• 一致性：秒杀商品减库存的实现方式同样关键，有限数量的商品在同一时刻被很多倍的请求同时来减库存，在大并发更新的过程中都要保证数据的准确性。
• 高可用：秒杀时会在一瞬间涌入大量的流量，为了避免系统宕机，保证高可用，需要做好流量限制

二、设计思路

将请求尽量拦截在系统上游，同时对请求进行限流和削峰。大体架构如下

前端操作思路：

限流：前端答题或验证码，来分散用户的请求
禁止重复提交：限定每个用户发起一次秒杀后，需等待才可以发起另一次请求，从而减少用户的重复请求
本地标记：用户成功秒杀到商品后，将提交按钮置灰，禁止用户再次提交请求
动静分离：将前端静态数据直接缓存到离用户最近的地方，比如用户浏览器、CDN 或者服务端的缓存中

后端操作思路

限流：屏蔽掉无用的流量，允许少部分流量走后端。假设现在库存为 10，有 1000 个购买请求，最终只有 10 个可以成功，99% 的请求都是无效请求。
削峰：秒杀请求在时间上高度集中于某一个时间点，瞬时流量容易压垮系统，因此需要对流量进行削峰处理，缓冲瞬时流量，尽量让服务器对资源进行平缓处理
异步：将同步请求转换为异步请求，来提高并发量，本质也是削峰处理
利用缓存：创建订单时，每次都需要先查询判断库存，只有少部分成功的请求才会创建订单，因此可以将商品信息放在缓存中，减少数据库查询。
负载均衡：利用 Nginx 等使用多个服务器并发处理请求，减少单个服务器压力

防作弊操作：

• 隐藏秒杀接口：如果秒杀地址直接暴露，在秒杀开始前可能会被恶意用户来刷接口，因此需要在没到秒杀开始时间不能获取秒杀接口，只有秒杀开始了，才返回秒杀地址 url 和验证 MD5，用户拿到这两个数据才可以进行秒杀。
• 同一个账号多次发出请求：在前端优化的禁止重复提交可以进行优化；也可以使用 Redis 标志位，每个用户的所有请求都尝试在 Redis 中插入一个 userId_secondsKill 标志位，成功插入的才可以执行后续的秒杀逻辑，其他被过滤掉，执行完秒杀逻辑后，删除标志位
• 多个账号一次性发出多个请求：一般这种请求都来自同一个 IP 地址，可以检测 IP 的请求频率，如果过于频繁则弹出一个验证码
• 多个账号不同 IP 发起不同请求：这种一般都是僵尸账号，检测账号的活跃度或者等级等信息，来进行限制。比如微博抽奖，用 iphone 的年轻女性用户中奖几率更大。通过用户画像限制僵尸号无法参与秒杀或秒杀不能成功

三、详细说明

秒杀的逻辑

• 数据库校验库存
• 扣库存(无锁)
• 生成订单

详细步骤

服务端的优化

1. 服务端应该使用乐观锁更新库存，以防止出现商品超卖的问题。

悲观锁虽然可以解决超卖问题，但是加锁的时间可能会很长，会长时间的限制其他用户的访问，导致很多请求等待锁，卡死在这里，如果这种请求很多就会耗尽连接，系统出现异常。乐观锁默认不加锁，更新失败就直接返回抢购失败，可以承受较高并发

2. Redis 计数限流
   根据前面的优化分析，假设现在有 10 个商品，有 1000 个并发秒杀请求，最终只有 10 个订单会成功创建，也就是说有 990 的请求是无效的，这些无效的请求也会给数据库带来压力，因此可以在在请求落到数据库之前就将无效的请求过滤掉，将并发控制在一个可控的范围，这样落到数据库的压力就小很多

详细的限流算法可以采用令牌桶：
令牌桶算法的流程：

• 接口限制 t 秒内最大访问次数为 n，则每隔 t/n 秒会放一个 token 到桶中
• 桶内最多存放 b 个 token，如果 token 到达时令牌桶已经满了，那么这个 token 就会被丢弃
• 接口请求会先从令牌桶中取 token，拿到 token 则处理接口请求，拿不到 token 则进行限流处理
  因为令牌桶存放了很多令牌，那么大量的突发请求会被执行，但是它不会出现临界问题，在令牌用完之后，令牌是以一个恒定的速率添加到令牌桶中的，因此不能再次发送大量突发请求

3. Redis 缓存商品库存信息

虽然限流能够过滤掉一些无效的请求，但是还是会有很多请求落在数据库上，实时查询库存的语句被大量调用，对于每个没有被过滤掉的请求，都会去数据库查询库存来判断库存是否充足，对于这个查询可以放在缓存 Redis 中，Redis 的数据是存放在内存中的，速度快很多。

• 缓存预热
  在秒杀开始前，需要将秒杀商品信息提前缓存到 Redis 中，这么秒杀开始时则直接从 Redis 中读取，也就是缓存预热，Springboot 中开发者通过 implement ApplicationRunner 来设定 SpringBoot 启动后立即执行的方法.

• 缓存和数据一致性
  缓存和 DB 的一致性是一个讨论很多的问题，推荐看参考本人的另一篇博客，可以采用简单的cache aside 策略即先把数据存到数据库中，成功后，再去删除缓存或者让缓存失效。也可以使用乐观锁来进行数据库的库存修改

4. 消息队列削峰
   服务器的资源是恒定的，你用或者不用它的处理能力都是一样的，所以出现峰值的话，很容易导致忙到处理不过来，闲的时候却又没有什么要处理，因此可以通过削峰来延缓用户请求的发出，让服务端处理变得更加平稳。