秒杀系统的架构设计及实现

秒杀场景在电商平台是十分常见的，这种营销活动往往具有时间短，并发量大的特点。

关于数据库性能

TPS：数据库每秒执行的事务数。
QPS：数据库每秒执行的SQL数。
对于msql数据库，8核CPU16G内存通常TPS:1000 QPS：20000

系统逻辑梳理

用户界面点击请求 ---->服务器收到http请求 ------>修改数据库库存

对于秒杀系统这种短时间的海量请求往往是通过两种思路解决

1. 分流，将用户操作分散到多CPU处理，例如多线程，负载均衡，集群
2. 限流，对用户操作进行拦截，缓冲，丢弃处理，例如前端后端都限制用户请求频率，缓存，令牌桶算法

多层次分析架构

用户操作维度：前端页面限制用户请求频率，防止页面重复点击

服务器架设：机器集群，获得更高的的处理能力
负载均衡器nginx

用户请求先到nginx，再由nginx转发请求到tomcat，nginx监听80端口随机转发到tomcat集群下的机器。配置nginx.conf文件如下

#user  nobody;


#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    #并发连接数
    worker_connections  1024;
}


http {
	include mime.types;
	default_type application/octet-stream;

	sendfile on;

	keepalive_timeout 65;

	#tomcat集群
	upstream localhost{ 
	#这里指定多个源服务器，ip:端口,80端口的话可写可不写 
	server 127.0.0.1:8080; 
	server 127.0.0.1:8081; 
	}

	server {
		#监听端口
		listen 80;
		server_name localhost;

		location / {

		#启动代理

			proxy_pass http://localhost;
		}

	}

}

Java程序编码：对于秒杀系统很大的请求量很可能是由脚本发起的频繁请求，所以可以在后台编码中对请求频率进行限制。
1.使用redis存储请求记录，并设置过期时间，当用户请求时，如果redis已经存在则代表短时间请求过，不再让用户请求，直接返回，如果没有则同意用户进行请求。这里setnx+setex要使用组合命令相当于一条命令，用两条命令redis就效率减半了。

/**
     * 如果redis内没有这个<key,value>则插入，否则不插入，这是一个命令
     * 如果是setnx + setex 设置值再设置时间是两条命令。
     * @param key
     * @param value
     * @param expire  有效时间 单位 秒
     * @return
     */
    public Boolean setIfAbsent(String key,String value,long expire){
        Boolean isSuccess = redisTemplate.execute(new RedisCallback<Boolean>() {
            @Override
            public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
                Boolean result = redisConnection.set(key.getBytes(),value.getBytes(),Expiration.seconds(expire),RedisStringCommands.SetOption.SET_IF_ABSENT);
                return result;
            }
        });
        return isSuccess;
    }

controller限制请求

//redis 实现请求频率限制
        boolean result = redisUtil.setIfAbsent(userId,goodsId,5L);
        //没有插入成功，请求频率太快
        if(!result){
            System.out.println("您的频率太快了，请稍后再试");
            return "error";
        }

2.通过上面的频率限制后，真实请求量还是十分庞大，下面使用令牌桶算法进一步限流。
令牌桶：先买票再上车！通过预先（异步）初始化一个和商品数相当数量的令牌池放在内存中，用户先那令牌再去数据库操作。

/**
     * 初始化一个令牌桶
     * @param num
     */
    public void loadTokens(int num){
        //相当一个Queue 从左边压入 右边取出
        for(int i=0;i<num;i++){
            redisTemplate.opsForList().leftPush("token_list",String.valueOf(i));
        }
        System.out.println("令牌桶初始化完毕");
    }

    /**
     * 取一个令牌
     * @return
     */
    public String getToken(){
        String token = (String) redisTemplate.opsForList().rightPop("token_list");
        return token;
    }

在servlet初始化时加载令牌桶

@PostConstruct
    public void init(){
        //实际应通过任务调度 异步加载令牌桶，
        redisUtil.loadTokens(100);
    }

@ResponseBody
    @RequestMapping(value = "/miaosha",method = RequestMethod.POST)
    public String miaosha(String goodsId,String userId){
        //redis 实现请求频率限制
        boolean result = redisUtil.setIfAbsent(userId,goodsId,5L);
        //没有插入成功，请求频率太快
        if(!result){
            System.out.println("您的频率太快了，请稍后再试");
            return "error";
        }

        //令牌桶算法
        //先取得令牌
        String token = redisUtil.getToken();
        if(token == null || "".equals(token)){
            //没有抢到令牌，秒杀失败
            System.out.println(userId+"没有抢到令牌，秒杀失败");
            return "error";
        }

        //秒杀逻辑 消耗资源
        if(orderService.miaoSha(goodsId,userId)){
            return "ok";
        }
        return "error";

    }

总结

根据分流限流的思想对海量请求进行处理
1.前端禁止重复请求 限流
2.负载均衡服务器集群 分流
3.后端禁止快频率请求 限流
4.令牌桶算法 限流

详情代码见秒杀系统