如何设计一个优秀的秒杀系统? (12)

目前来看,业务系统中最常见的就是预扣库存方案,像你在买机票、买电影票时,下单后一般都有个“有效付款时间”,超过这个时间订单自动释放,这都是典型的预扣库存方案。而具体到秒杀这个场景,应该采用哪种方案比较好呢?

由于参加秒杀的商品,一般都是“抢到就是赚到”,所以成功下单后却不付款的情况比较少,再加上卖家对秒杀商品的库存有严格限制,所以秒杀商品采用“下单减库存”更加合理。另外,理论上由于“下单减库存”比“预扣库存”以及涉及第三方支付的“付款减库存”在逻辑上更为简单,所以性能上更占优势。

“下单减库存”在数据一致性上,主要就是保证大并发请求时库存数据不能为负数,也就是要保证数据库中的库存字段值不能为负数,一般我们有多种解决方案:一种是在应用程序中通过事务来判断,即保证减后库存不能为负数,否则就回滚;另一种办法是直接设置数据库的字段数据为无符号整数,这样减后库存字段值小于零时会直接执行 SQL 语句来报错;再有一种就是使用 CASE WHEN 判断语句,例如这样的 SQL 语句:

UPDATE item SET inventory = CASE WHEN inventory >= xxx THEN inventory-xxx ELSE inventory END 秒杀减库存的极致优化

在交易环节中,“库存”是个关键数据,也是个热点数据,因为交易的各个环节中都可能涉及对库存的查询。但是,我在前面介绍分层过滤时提到过,秒杀中并不需要对库存有精确的一致性读,把库存数据放到缓存(Cache)中,可以大大提升读性能。解决大并发读问题,可以采用 LocalCache(即在秒杀系统的单机上缓存商品相关的数据)和对数据进行分层过滤的方式,但是像减库存这种大并发写无论如何还是避免不了,这也是秒杀场景下最为核心的一个技术难题。

因此,这里我想专门来说一下秒杀场景下减库存的极致优化思路,包括如何在缓存中减库存以及如何在数据库中减库存。

秒杀商品和普通商品的减库存还是有些差异的,例如商品数量比较少,交易时间段也比较短,因此这里有一个大胆的假设,即能否把秒杀商品减库存直接放到缓存系统中实现,也就是直接在缓存中减库存或者在一个带有持久化功能的缓存系统(如 Redis)中完成呢?

如果你的秒杀商品的减库存逻辑非常单一,比如没有复杂的 SKU 库存和总库存这种联动关系的话,我觉得完全可以。但是如果有比较复杂的减库存逻辑,或者需要使用事务,你还是必须在数据库中完成减库存。

由于 MySQL 存储数据的特点,同一数据在数据库里肯定是一行存储(MySQL),因此会有大量线程来竞争 InnoDB 行锁,而并发度越高时等待线程会越多,TPS(Transaction Per Second,即每秒处理的消息数)会下降,响应时间(RT)会上升,数据库的吞吐量就会严重受影响。

这就可能引发一个问题,就是单个热点商品会影响整个数据库的性能, 导致 0.01% 的商品影响 99.99% 的商品的售卖,这是我们不愿意看到的情况。一个解决思路是遵循前面介绍的原则进行隔离,把热点商品放到单独的热点库中。但是这无疑会带来维护上的麻烦,比如要做热点数据的动态迁移以及单独的数据库等。

而分离热点商品到单独的数据库还是没有解决并发锁的问题,我们应该怎么办呢?要解决并发锁的问题,有两种办法:

应用层做排队。按照商品维度设置队列顺序执行,这样能减少同一台机器对数据库同一行记录进行操作的并发度,同时也能控制单个商品占用数据库连接的数量,防止热点商品占用太多的数据库连接。
数据库层做排队。应用层只能做到单机的排队,但是应用机器数本身很多,这种排队方式控制并发的能力仍然有限,所以如果能在数据库层做全局排队是最理想的。阿里的数据库团队开发了针对这种 MySQL 的 InnoDB 层上的补丁程序(patch),可以在数据库层上对单行记录做到并发排队。

你可能有疑问了,排队和锁竞争不都是要等待吗,有啥区别?

如果熟悉 MySQL 的话,你会知道 InnoDB 内部的死锁检测,以及 MySQL Server 和 InnoDB 的切换会比较消耗性能,淘宝的 MySQL 核心团队还做了很多其他方面的优化,如 COMMIT_ON_SUCCESS 和 ROLLBACK_ON_FAIL 的补丁程序,配合在 SQL 里面加提示(hint),在事务里不需要等待应用层提交(COMMIT),而在数据执行完最后一条 SQL 后,直接根据 TARGET_AFFECT_ROW 的结果进行提交或回滚,可以减少网络等待时间(平均约 0.7ms)。据我所知,目前阿里 MySQL 团队已经将包含这些补丁程序的 MySQL 开源。

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