電商的秒殺和搶購，對我們來說，都不是一個陌生的東西。然而，從技術的角度來說，這對於Web系統是一個巨大的考驗。當一個Web系統，在一秒鐘內收到數以萬計甚至更多請求時，系統的優化和穩定至關重要。這次我們會關注秒殺和搶購的技術實現和優化，同時，從技術層面揭開，為什麼我們總是不容易搶到火車票的原因？
一、大規模併發帶來的挑戰
在過去的工作中，我曾經面對過5w每秒的高併發秒殺功能，在這個過程中，整個Web系統遇到了很多的問題和挑戰。如果Web系統不做針對性的優化，會輕而易舉地陷入到異常狀態。我們現在一起來討論下，優化的思路和方法哈。
1. 請求介面的合理設計
一個秒殺或者搶購頁面，通常分為2個部分，一個是靜態的HTML等內容，另一個就是參與秒殺的Web後臺請求介面。
通常靜態HTML等內容，是通過CDN的部署，一般壓力不大，核心瓶頸實際上在後臺請求介面上。這個後端介面，必須能夠支援高併發請求，同時，非常重要的一點，必須儘可能“快”，在最短的時間裡返回使用者的請求結果。為了實現儘可能快這一點，介面的後端儲存使用記憶體級別的操作會更好一點。仍然直接面向MySQL之類的儲存是不合適的，如果有這種複雜業務的需求，都建議採用非同步寫入。
2. 高併發的挑戰：一定要“快”
我們通常衡量一個Web系統的吞吐率的指標是QPS（Query Per Second，每秒處理請求數），解決每秒數萬次的高併發場景，這個指標非常關鍵。舉個例子，我們假設處理一個業務請求平均響應時間為100ms，同時，系統內有20臺Apache的Web伺服器，配置MaxClients為500個（表示Apache的最大連線數目）。
那麼，我們的Web系統的理論峰值QPS為（理想化的計算方式）：
20*500/0.1 = 100000 （10萬QPS）
咦？我們的系統似乎很強大，1秒鐘可以處理完10萬的請求，5w/s的秒殺似乎是“紙老虎”哈。實際情況，當然沒有這麼理想。在高併發的實際場景下，機器都處於高負載的狀態，在這個時候平均響應時間會被大大增加。
就Web伺服器而言，Apache開啟了越多的連線程式，CPU需要處理的上下文切換也越多，額外增加了CPU的消耗，然後就直接導致平均響應時間增加。因此上述的MaxClient數目，要根據CPU、記憶體等硬體因素綜合考慮，絕對不是越多越好。可以通過Apache自帶的abench來測試一下，取一個合適的值。然後，我們選擇記憶體操作級別的儲存的Redis，在高併發的狀態下，儲存的響應時間至關重要。網路頻寬雖然也是一個因素，不過，這種請求資料包一般比較小，一般很少成為請求的瓶頸。負載均衡成為系統瓶頸的情況比較少，在這裡不做討論哈。
那麼問題來了，假設我們的系統，在5w/s的高併發狀態下，平均響應時間從100ms變為250ms（實際情況，甚至更多）：
20*500/0.25 = 40000 （4萬QPS）
於是，我們的系統剩下了4w的QPS，面對5w每秒的請求，中間相差了1w。
然後，這才是真正的惡夢開始。舉個例子，高速路口，1秒鐘來5部車，每秒通過5部車，高速路口運作正常。突然，這個路口1秒鐘只能通過4部車，車流量仍然依舊，結果必定出現大塞車。（5條車道忽然變成4條車道的感覺）
同理，某一個秒內，20*500個可用連線程式都在滿負荷工作中，卻仍然有1萬個新來請求，沒有連線程式可用，系統陷入到異常狀態也是預期之內。
更可怕的問題是，是使用者的行為特點，系統越是不可用，使用者的點選越頻繁，惡性迴圈最終導致“雪崩”（其中一臺Web機器掛了，導致流量分散到其他正常工作的機器上，再導致正常的機器也掛，然後惡性迴圈），將整個Web系統拖垮。
3. 重啟與過載保護
如果系統發生“雪崩”，貿然重啟服務，是無法解決問題的。最常見的現象是，啟動起來後，立刻掛掉。這個時候，最好在入口層將流量拒絕，然後再將重啟。如果是redis/memcache這種服務也掛了，重啟的時候需要注意“預熱”，並且很可能需要比較長的時間。
秒殺和搶購的場景，流量往往是超乎我們系統的準備和想象的。這個時候，過載保護是必要的。如果檢測到系統滿負載狀態，拒絕請求也是一種保護措施。在前端設定過濾是最簡單的方式，但是，這種做法是被使用者“千夫所指”的行為。更合適一點的是，將過載保護設定在CGI入口層，快速將客戶的直接請求返回。
二、作弊的手段：進攻與防守
秒殺和搶購收到了“海量”的請求，實際上裡面的水分是很大的。不少使用者，為了“搶“到商品，會使用“刷票工具”等型別的輔助工具，幫助他們傳送儘可能多的請求到伺服器。還有一部分高階使用者，製作強大的自動請求指令碼。這種做法的理由也很簡單，就是在參與秒殺和搶購的請求中，自己的請求數目佔比越多，成功的概率越高。
這些都是屬於“作弊的手段”，不過，有“進攻”就有“防守”，這是一場沒有硝煙的戰鬥哈。
1. 同一個賬號，一次性發出多個請求
部分使用者通過瀏覽器的外掛或者其他工具，在秒殺開始的時間裡，以自己的賬號，一次傳送上百甚至更多的請求。實際上，這樣的使用者破壞了秒殺和搶購的公平性。
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一、大規模併發帶來的挑戰
在過去的工作中，我曾經面對過5w每秒的高併發秒殺功能，在這個過程中，整個Web系統遇到了很多的問題和挑戰。如果Web系統不做針對性的優化，會輕而易舉地陷入到異常狀態。我們現在一起來討論下，優化的思路和方法哈。
1. 請求介面的合理設計
一個秒殺或者搶購頁面，通常分為2個部分，一個是靜態的HTML等內容，另一個就是參與秒殺的Web後臺請求介面。
通常靜態HTML等內容，是通過CDN的部署，一般壓力不大，核心瓶頸實際上在後臺請求介面上。這個後端介面，必須能夠支援高併發請求，同時，非常重要的一點，必須儘可能“快”，在最短的時間裡返回使用者的請求結果。為了實現儘可能快這一點，介面的後端儲存使用記憶體級別的操作會更好一點。仍然直接面向MySQL之類的儲存是不合適的，如果有這種複雜業務的需求，都建議採用非同步寫入。
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當然，也有一些秒殺和搶購採用“滯後反饋”，就是說秒殺當下不知道結果，一段時間後才可以從頁面中看到使用者是否秒殺成功。但是，這種屬於“偷懶”行為，同時給使用者的體驗也不好，容易被使用者認為是“暗箱操作”。2. 高併發的挑戰：一定要“快”
我們通常衡量一個Web系統的吞吐率的指標是QPS（Query Per Second，每秒處理請求數），解決每秒數萬次的高併發場景，這個指標非常關鍵。舉個例子，我們假設處理一個業務請求平均響應時間為100ms，同時，系統內有20臺Apache的Web伺服器，配置MaxClients為500個（表示Apache的最大連線數目）。
那麼，我們的Web系統的理論峰值QPS為（理想化的計算方式）：
20*500/0.1 = 100000 （10萬QPS）
咦？我們的系統似乎很強大，1秒鐘可以處理完10萬的請求，5w/s的秒殺似乎是“紙老虎”哈。實際情況，當然沒有這麼理想。在高併發的實際場景下，機器都處於高負載的狀態，在這個時候平均響應時間會被大大增加。
就Web伺服器而言，Apache開啟了越多的連線程式，CPU需要處理的上下文切換也越多，額外增加了CPU的消耗，然後就直接導致平均響應時間增加。因此上述的MaxClient數目，要根據CPU、記憶體等硬體因素綜合考慮，絕對不是越多越好。可以通過Apache自帶的abench來測試一下，取一個合適的值。然後，我們選擇記憶體操作級別的儲存的Redis，在高併發的狀態下，儲存的響應時間至關重要。網路頻寬雖然也是一個因素，不過，這種請求資料包一般比較小，一般很少成為請求的瓶頸。負載均衡成為系統瓶頸的情況比較少，在這裡不做討論哈。
那麼問題來了，假設我們的系統，在5w/s的高併發狀態下，平均響應時間從100ms變為250ms（實際情況，甚至更多）：
20*500/0.25 = 40000 （4萬QPS）
於是，我們的系統剩下了4w的QPS，面對5w每秒的請求，中間相差了1w。
然後，這才是真正的惡夢開始。舉個例子，高速路口，1秒鐘來5部車，每秒通過5部車，高速路口運作正常。突然，這個路口1秒鐘只能通過4部車，車流量仍然依舊，結果必定出現大塞車。（5條車道忽然變成4條車道的感覺）
同理，某一個秒內，20*500個可用連線程式都在滿負荷工作中，卻仍然有1萬個新來請求，沒有連線程式可用，系統陷入到異常狀態也是預期之內。
其實在正常的非高併發的業務場景中，也有類似的情況出現，某個業務請求介面出現問題，響應時間極慢，將整個Web請求響應時間拉得很長，逐漸將Web伺服器的可用連線數佔滿，其他正常的業務請求，無連線程式可用。
更可怕的問題是，是使用者的行為特點，系統越是不可用，使用者的點選越頻繁，惡性迴圈最終導致“雪崩”（其中一臺Web機器掛了，導致流量分散到其他正常工作的機器上，再導致正常的機器也掛，然後惡性迴圈），將整個Web系統拖垮。
3. 重啟與過載保護
如果系統發生“雪崩”，貿然重啟服務，是無法解決問題的。最常見的現象是，啟動起來後，立刻掛掉。這個時候，最好在入口層將流量拒絕，然後再將重啟。如果是redis/memcache這種服務也掛了，重啟的時候需要注意“預熱”，並且很可能需要比較長的時間。
秒殺和搶購的場景，流量往往是超乎我們系統的準備和想象的。這個時候，過載保護是必要的。如果檢測到系統滿負載狀態，拒絕請求也是一種保護措施。在前端設定過濾是最簡單的方式，但是，這種做法是被使用者“千夫所指”的行為。更合適一點的是，將過載保護設定在CGI入口層，快速將客戶的直接請求返回。
二、作弊的手段：進攻與防守
秒殺和搶購收到了“海量”的請求，實際上裡面的水分是很大的。不少使用者，為了“搶“到商品，會使用“刷票工具”等型別的輔助工具，幫助他們傳送儘可能多的請求到伺服器。還有一部分高階使用者，製作強大的自動請求指令碼。這種做法的理由也很簡單，就是在參與秒殺和搶購的請求中，自己的請求數目佔比越多，成功的概率越高。
這些都是屬於“作弊的手段”，不過，有“進攻”就有“防守”，這是一場沒有硝煙的戰鬥哈。
1. 同一個賬號，一次性發出多個請求
部分使用者通過瀏覽器的外掛或者其他工具，在秒殺開始的時間裡，以自己的賬號，一次傳送上百甚至更多的請求。實際上，這樣的使用者破壞了秒殺和搶購的公平性。
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