实现秒杀功能设计

页面

  • 登录页面

    • 登录成功后，跳转商品列表

  • 商品列表页

    • 加载商品信息

  • 商品详情页

    • 根据商品id查出商品信息
    • 返回VO（包括rmiaoshaStatus、emainSeconds）
    • 前端根据数据展示秒杀按钮，点击开始秒杀

  • 订单详情页

秒杀页面设置

后端返回秒杀状态miaoshaStatus，前端根据秒杀状态，设置页面：

  • 状态码 0， 未开始，倒计时
  • 状态码 1， 已开始，显示秒杀按钮
  • 状态码 2 ，已结束

剩余时间 remainSeconds

页面加载时，获取remainSeconds 的值

  • 未开始，remainSeconds = 开始时间-当前时间
    • 禁用秒杀按钮，显示倒计时
    • 设置定时器，回调函数，一秒一次，修改remainSeconds 值
    • 直到 remainSeconds = 0
    • 清除设置定时器，则修改页面，启用秒杀按钮
  • 已开始，remainSeconds = -1，启用秒杀按钮
  • 已结束 ，remainSeconds = 0，禁用秒杀按钮

倒计时功能

<span th:if="${user eq null}"> 您还没有登录，请登陆后再操作<br/></span><input type="hidden" id="remainSeconds" th:value="${remainSeconds}" /><span th:if="${miaoshaStatus eq 0}">秒杀倒计时：<span id="countDown" th:text="${remainSeconds}"></span>秒</span><span th:if="${miaoshaStatus eq 1}">秒杀进行中</span><span th:if="${miaoshaStatus eq 2}">秒杀已结束</span>

秒杀业务逻辑

点击秒杀按钮，传递商品ID， 秒杀商品，form表单提交到后端

  1. 判断库存

  2. 是否重复秒杀

    1. 查询订单信息。如存在，则表示已经秒杀过了

  3. 减库存、下订单、写入秒杀订单（事务）

    1. 传入参数（user，goods）用户秒杀商品
    2. 秒杀成功后，生成订单信息，包含两个
      1. 订单详细信息
      2. 秒杀订单信息，包括user_id、order_id、goods_id，便于设置唯一索引（user_id、goods_id）

  4. 支付模块

页面优化

  • 页面缓存+URL缓存（Thymeleaf）
  • 对象缓存
  • 页面静态化，前后端分离
  • 静态资源优化
  • CDN优化

缓存

页面缓存

  • 从缓存中取html源代码，非空返回(缓存命中)
  • 若缓存为空(缓存失效)
    • 手动渲染
      • thymeleafViewResolver.getTemplateEngine，模板引擎
      • WebContext，包含业务数据
    • 同时添加页面缓存，页面缓存有效期（比如60秒）
    • 返回html源代码
  • 页面缓存，一般有效期比较短，保证数据及时性
    @RequestMapping(value = "/to_list", produces = "text/html")@ResponseBodypublic String list(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Model model, MiaoshaUser user) {model.addAttribute("user", user);// 取缓存String html = redisService.get(GoodsKey.getGoodsList, "", String.class);// 缓存非空，返回if (!StringUtils.isEmpty(html)) {return html;}// 缓存为空List<GoodsVo> goodsList = goodsService.listGoodsVo();// return "goods_list";model.addAttribute("goodsList", goodsList);// 业务数据WebContext ctx = new WebContext(request, response,request.getServletContext(), request.getLocale(), model.asMap());//手动渲染html = thymeleafViewResolver.getTemplateEngine().process("goods_list", ctx);if (!StringUtils.isEmpty(html)) {redisService.set(GoodsKey.getGoodsList, "", html);}// 返回htmlreturn html;}}

URL缓存

  • 和页面缓存类似，例如

    • 页面缓存商品列表，无参数
    • URL缓存商品详情，接口有ID参数，ID不同商品详情不同

  • 参数不同，页面信息不同

  • 页面缓存、url缓存有效期比较短，适用于页面变化不大的场景（如商品列表，商品列表有分页，只缓存前几页）

对象级缓存

  • 更细颗粒度的缓存，比如：

    • 登录成功时，用户信息写入缓存

      • 服务端通过token获取

    • 秒杀成功生成订单时，订单信息写入缓存

      • 查询是否已经秒杀过时，查缓存，不查数据库，减少负载

  • 数据更新时，也要处理缓存

    1. 先更新数据库
    2. 再让缓存失效（删除、更新）

Cache Aside Pattern

  • 失效：应用程序先从cache取数据，没有得到，则从数据库中取数据，成功后，放到缓存中。
  • 命中：应用程序从cache中取数据，取到后返回。
  • 更新：先把数据存到数据库中，成功后，再让缓存失效。
    • 试想，两个并发操作，一个是更新操作，另一个是查询操作
    • 更新操作删除缓存后，查询操作没有命中缓存，先把老数据读出来后放到缓存中，然后更新操作更新了数据库。
    • 于是，在缓存中的数据还是老的数据，导致缓存中的数据是脏的。

前后端分离

  1. 常用技术：AngularJS、Vue.js、React
  2. 优点：利用浏览器的缓存

前后端分离

  • 静态数据缓存，动态数据调接口
  • 页面静态化，html、css、js、image缓存到浏览器端
  • 动态数据通过服务端获取
  • 不需要使用页面缓存和URL缓存了，浏览器端已经进行了缓存，再用页面缓存和URL缓存没有什么意义
  • 对象缓存可以继续使用
  • 前后端分离后，不经过服务端，客户端直接跳转到商品详情页面，然后商品详情页面Ajax请求动态数据

商品详情静态化、订单详情静态化

  • 使用jquery模拟，不使用thymeleaf

  • 商品详情使用原生html，页面跳转时，直接跳转到html页面

  • 然后Ajax请求动态数据，jquery填充页面

  • 同时根据miaoshaStatus、remainSeconds，修改页面

秒杀接口前后端分离

后端仅返回给前端所需的数据，不再渲染 HTML 页面，不再控制前端的效果。

前端得到数据，自己渲染。

前端和后端只关注于自己的逻辑判断和控制。后端仅需提供给前端 API 即可。

  • 不需要表单提交
  • 直接按钮 onclick ，ajax请求数据
  • post请求

静态文件配置

  • 配置静态文件路径
  • 不配置，304（前后端仍然交互了一次）
  • 配置后，200（静态文件直接从浏览器取缓存，不需要访问服务器，减少交互）
  • 配置后，减少前后端交互
  • Cache-Control：max-age=3600，缓存时间

静态资源优化

  • JS/CSS压缩，减少流量

  • 多个JS/CSS组合，减少连接数

  • CDN就近访问

tengine

  • 组合多个CSS、JS文件的访问请求变成一个清求
  • 自动去除空白字符和注释从而减小页面的体积（webpack工具，打包）

CDN

全称是Content Delivery Network，**内容分发网络。**根据用户位置等，访问最近的镜像

  • 可以将网站的静态资源（如图片、CSS、JavaScript 等文件）缓存到全球各地的服务器上
  • 当用户请求这些资源时，可以从离用户最近的服务器上获取资源，从而提高资源的访问速度和用户的访问体验。

CDN 的主要作用是：

  • 提高网站的访问速度
  • 降低带宽成本
  • 提高可用性

同样，在高并发场景下，CDN 可以发挥重要的作用。

由于高并发场景下会有大量的用户同时访问网站，如果所有的请求都直接访问源站，就会导致源站的带宽和服务器资源受到过大的压力，从而导致网站的访问速度变慢或者出现宕机等问题。

因此，在高并发场景下，使用 CDN 可以将流量分散到全球各地的服务器上，从而减轻源站的压力，提高网站的访问速度和可用性。

接口优化

并发大问题，瓶颈在于数据库，思路：减少数据库访问。解决：

  • 各种缓存，减少数据库负载

  • 接口优化：减少数据库访问

  • 数据库分库分表（mycat中间件）

方案

  1. Redis预减库存减少数据库访问
  2. 内存标记减少Redis访问
  3. 请求先入队缓冲，异步下单，增强用户体验
  4. Nginx水平扩展

思路

  1. 系统初始化，把商品库存数量加载到Redis
  2. 收到请求，Redis预减库存，库存不足，直接返回，否则进入3
  3. 请求入队，立即返回排队中
  4. 请求出队，生成订单，减少库存
  5. 客户端轮询，是否秒杀成功

加载库存

  • 实现 InitializingBean接口，覆写afterPropertiesSet(）方法
  • 系统初始化调用此方法，加载库存、内存标记到缓存

内存标记

  • 减少redis负载
  • 访问秒杀接口时，先访问redis内存标记，若为true，则直接返回，商品卖完啦
  • 设置redis内存标记
  • 初始化为 false，放到缓存中
  • redis库存小于0时，设置为true

入队缓冲

  • 库存足够，没有秒杀过，进入下个步骤，入队
  • 用户，商品id（用户秒杀商品）作为消息，发送消息到队列
  • 消息接受者监听接收消息，异步下单
    1. 判断数据库库存（是否库存大于0）
    2. 判断是否已经秒杀到了（是否存在秒杀订单）
    3. 减库存（成功才下单）
    4. 下订单
    5. 写入秒杀订单（唯一索引）

轮询

  • 秒杀成功后，返回排队中，前端开始轮询（类比12306买票，不马上返回是否抢票成功，显示正在排队中）

  • 先判断是否存在订单 order，存在，表示秒杀成功，返回 orderId

  • 若order==null，判断缓存标记

  • 缓存标记 == false，表示没有卖完，继续轮询，返回 0

  • 缓存标记 == true，表示卖完啦，返回 -1

    • orderId：成功

    • 0： 排队中

    • -1：秒杀失败

      • 设置一个缓存标记(false)
      • 减库存时，若库存为0时，设置缓存表示已经秒杀完毕，修改缓存标记(true)
      • 轮询时，若缓存标记为true，则卖完啦，返回秒杀失败 -1

RabbitMQ

  • 同步直接调用转换成异步间接推送，把瞬时并发的大量请求平推出去，削弱峰值

  • 秒杀请求过来时，先入队缓冲瞬时流量，直接返回客户端正在排队中

  • 然后出队，生成订单，修改库存

  • 同时客户端定时轮询，定时查询是否秒杀成功

  • 出队和轮询同时进行

配置

  • 创建队列
  • 创建交换机
  • 队列和交换机绑定（routingKey）

创建消息发送者

  • 发送消息到队列或交换机

创建消息接受者

  • @RabbitListener(queues=队列名字/交换机名字)

  • 监听队列或交换机，接受消息

消息传播：消息->交换机->队列

Exchange

交换机和队列绑定（Key、无key、key-value）

发送消息到交换机，匹配成功，队列才会收到消息

四种交换机模式：

  • Direct Exchange：按照routingkey分发到指定队列
  • Topic Exchange，多关键字匹配，发给多个队列，交换机和队列通过routingkey绑定
    • 发送消息到交换机时，交换机key和队列key若匹配，则消息发送到队列
  • Fanout Exchange，广播模式，无routingkey的概念，和交换机绑定的队列都能获得消息
  • Headers Exchange ，交换机和队列通过key-value绑定
    • 发送消息时，key-value匹配，队列全部满足或者满足任何一个，队列才会收到消息

安全优化

方案

  1. 秒杀接口地址隐藏（防止明文暴露，提前抢票、黄牛机器人抢票）
  2. 数学公式验证码（保护获取秒杀地址的接口，分散请求）
  3. 接口限流防刷（保护，防止恶意刷接口）

前端页面限制，防君子不防小人，主要防止用户出错

Http明文，url可以提前拿到，防止恶意刷接口

思路

点击秒杀之前，先输入验证码，分散用户的请求

  1. 添加生成验证码的接口
  2. 在获取秒杀路径的时候，验证验证码
  3. ScriptEngine使用

秒杀接口地址隐藏

思路：秒杀开始之前，先去请求接口获取秒杀地址

  1. 秒杀接口改造，带上PathVariable参数
  2. 添加生成地址的接口
  3. 秒杀收到请求，先验证PathVariable

获取秒杀地址的接口也可能暴露，通过验证码验证

逻辑：请求生成地址接口、返回path、秒杀接口拼接path（真正接口）、访问真正秒杀接口、先验证path

隐藏秒杀地址可以有很多种实现方式，上述只是一种实现方式，还可以：

  • 接口可以返回302，跳转到新的页面，新的页面才是真正的秒杀页面
    • 接口可以返回一个页面的url，让浏览器跳转到这个新的url页面，新的页面才是真正的秒杀页面
    • 活动开始前和活动开始后是两个完全不同的页面，这样就可以防止提前抓取网页了
  • 为了防止恶意用户提前抓取网页，对网页进行分析，然后写出刷接口的机器人工具。
  • 活动开始之前，恶意用户就算分析网页写了刷接口的程序也没用，因为那个页面并不是真正的秒杀页面。

数学公式验证码

思路：点击秒杀之前，先输入验证码，分散用户的请求，防止机器人

  1. 添加生成验证码的接口（答案写入缓存）
  2. 在点击秒杀获取路径的时候，去验证验证码（防止暴露获取动态路径 path 的地址）
  3. ScriptEngine使用

逻辑：

  1. 页面生成验证码，同时验证码答案写入缓存（key+uerId+goodsId，有效时间）
  2. 用户输入验证码
  3. 点击按钮，访问生成地址接口（获取秒杀路径）
  4. 验证，用户输入和缓存验证
  5. 验证成功后删掉缓存（防止再次使用）
  6. 然后生成path（验证成功后，才生成path），返回
  7. 访问真正秒杀接口

使用验证码目的

  1. 防止机器人，刷票软件；
  2. 延缓请求，错峰请求秒杀接口；
  3. 保护作用，验证码不对，直接返回错误代码。
  4. 防止 获取秒杀地址接口 暴露

接口限流防刷

拦截器和缓存实现，设置缓存，有效期内限制访问次数；过期失效，重新限制

  • 首先自定义方法注解，放到秒杀接口的方法上
  • 接着注册拦截器并覆写方法
  • 服务器接到请求时，拦截器会先拦截请求，并获得注解
  • 然后在覆写的方法中进行逻辑判断

逻辑：

  • 查询访问次数（查询缓存）
  • 为null，设置缓存
  • 不为null
    • 小于等于限制次数，+1
    • 大于限制次数，返回失败

拦截器写通用方法

  • 自定义注解，接口加上注解

  • // 5秒钟，最大访问次数限制5次，需要登录
@AccessLimit(seconds=5, maxCount=5, needLogin=true)
  • @Retention(RUNTIME)
@Target(METHOD)
public @interface AccessLimit {int seconds();int maxCount();boolean needLogin() default true;
}

  • 自定义拦截器，获取注解信息，进行限制

  • 拦截器在参数解析器前执行，都需要在WebMvcConfigurer中注册

  • ThreadLocal，存放数据到当前线程，每个线程单独一份

常见的限流算法

  1. 在网关上做限流。比如在nginx上写lua脚本来实现
  2. 在应用上做单机限流。使用诸如基于Guava的RateLimiter令牌桶的方式
  3. 在应用上做分布式限流。比如redisson提供了个基于redis的RateLimiter
  4. 如果是SpringCloud项目，可用的就更多了，比如SpringCloud Gateway，Sentinel等等。

服务端优化

Tomcat

内存优化

  • -Xms2048M 最小内存，-Xmx2048M 最大内存都设为 2G；
  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError;
  • -XX:HeapDumpPath=$CATALINA_HOME/logs/heap.dump";
  • 内存溢出时，将内存映像放到$CATALINA_HOME/logs/heap.dump 文件，方便定位问题。

并发优化

  • maxConnections：服务器支持最大并发连接数量
  • acceptCount：当服务器的并发连接数都在使用时，会有一个队列来存放新来的请求，队列满时接收到的任何请求都将被拒绝
  • maxThreads：最大工作线程数
  • minSpareThreads：最小空闲的工作线程
  • autoDeploy： 指 Tomcat 在运行时是否应该定期检查新的或更新的 web 应用程序，禁用提高性能。
  • reloadable：监视 WEB-INF/classes/ and /WEB-INF/lib 中的类，并在检测到更改时自动重新加载 web 应用程序，可以设置为 true/false。

APR 优化

Tomcat 的 BIO、NIO、APR 模式，默认 NIO 模式

  • APR：Apache HTTP 服务器的支持库。可以简单地理解为，Tomcat 将以 JNI 的形式调用 Apache HTTP 服务器的核心动态链接库来处理文件读取或网络传输操作，从而大大地提高 Tomcat 对静态文件的处理性能。Tomcat APR 也是在 Tomcat 上运行高并发应用的首选模式。

nginx

nginx

反向代理

  • 反向代理到集群（server_pool_miaosha;），配置多台服务器（localhost、otherserver等）

负载均衡

  • 服务器按照权重分配请求数量，如上图，weight=1，均分请求
  • max_fails=2，最大失败次数，判断服务器是否存活，超过次数，认为服务器挂掉，不会分配请求了

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