前言

高并发下如何设计秒杀系统?这是一个高频面试题。这个问题看似简单，但是里面的水很深，它考查的是高并发场景下，从前端到后端多方面的知识。

秒杀一般出现在商城的促销活动中，指定了一定数量(比如：10个)的商品(比如：手机)，以极低的价格(比如：0.1元)，让大量用户参与活动，但只有极少数用户能够购买成功。这类活动商家绝大部分是不赚钱的，说白了是找个噱头宣传自己。

虽说秒杀只是一个促销活动，但对技术要求不低。下面给大家总结一下设计秒杀系统需要注意的9个细节。

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1. 瞬时高并发

一般在秒杀时间点(比如：12点)前几分钟，用户并发量才真正突增，达到秒杀时间点时，并发量会达到顶峰。

但由于这类活动是大量用户抢少量商品的场景，必定会出现狼多肉少的情况，所以其实绝大部分用户秒杀会失败，只有极少部分用户能够成功。

正常情况下，大部分用户会收到商品已经抢完的提醒，收到该提醒后，他们大概率不会在那个活动页面停留了，如此一来，用户并发量又会急剧下降。所以这个峰值持续的时间其实是非常短的，这样就会出现瞬时高并发的情况，下面用一张图直观的感受一下流量的变化：

像这种瞬时高并发的场景，传统的系统很难应对，我们需要设计一套全新的系统。可以从以下几个方面入手：
1.页面静态化
2.CDN加速
3.缓存
4.mq异步处理
5.限流
6.分布式锁

2.页面静态化

活动页面是用户流量的第一入口，所以是并发量最大的地方。

如果这些流量都能直接访问服务端，恐怕服务端会因为承受不住这么大的压力，而直接挂掉。

活动页面绝大多数内容是固定的，比如：商品名称、商品描述、图片等。为了减少不必要的服务端请求，通常情况下，会对活动页面做静态化处理。用户浏览商品等常规操作，并不会请求到服务端。只有到了秒杀时间点，并且用户主动点了秒杀按钮才允许访问服务端。

但只做页面静态化还不够，因为用户分布在全国各地，有些人在北京，有些人在成都，有些人在深圳，地域相差很远，网速各不相同。

如何才能让用户最快访问到活动页面呢?

这就需要使用CDN，它的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。

使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。

3 .读多写少

在秒杀的过程中，系统一般会先查一下库存是否足够，如果足够才允许下单，写数据库。如果不够，则直接返回该商品已经抢完。

由于大量用户抢少量商品，只有极少部分用户能够抢成功，所以绝大部分用户在秒杀时，库存其实是不足的，系统会直接返回该商品已经抢完。

这是非常典型的：读多写少 的场景。

如果有数十万的请求过来，同时通过数据库查缓存是否足够，此时数据库可能会挂掉。因为数据库的连接资源非常有限，比如：mysql，无法同时支持这么多的连接。

而应该改用缓存，比如：redis。

即便用了redis，也需要部署多个节点。

4 .缓存问题

通常情况下，我们需要在redis中保存商品信息，里面包含：商品id、商品名称、规格属性、库存等信息，同时数据库中也要有相关信息，毕竟缓存并不完全可靠。

用户在点击秒杀按钮，请求秒杀接口的过程中，需要传入的商品id参数，然后服务端需要校验该商品是否合法。

大致流程如下图所示：

根据商品id，先从缓存中查询商品，如果商品存在，则参与秒杀。如果不存在，则需要从数据库中查询商品，如果存在，则将商品信息放入缓存，然后参与秒杀。如果商品不存在，则直接提示失败。

这个过程表面上看起来是OK的，但是如果深入分析一下会发现一些问题。

4.1 缓存击穿

比如商品A第一次秒杀时，缓存中是没有数据的，但数据库中有。虽说上面有如果从数据库中查到数据，则放入缓存的逻辑。

然而，在高并发下，同一时刻会有大量的请求，都在秒杀同一件商品，这些请求同时去查缓存中没有数据，然后又同时访问数据库。结果悲剧了，数据库可能扛不住压力，直接挂掉。

如何解决这个问题呢?

这就需要加锁，最好使用分布式锁。

当然，针对这种情况，最好在项目启动之前，先把缓存进行预热。即事先把所有的商品，同步到缓存中，这样商品基本都能直接从缓存中获取到，就不会出现缓存击穿的问题了。

是不是上面加锁这一步可以不需要了?

表面上看起来，确实可以不需要。但如果缓存中设置的过期时间不对，缓存提前过期了，或者缓存被不小心删除了，如果不加锁同样可能出现缓存击穿。

其实这里加锁，相当于买了一份保险。

4.2 缓存穿透

如果有大量的请求传入的商品id，在缓存中和数据库中都不存在，这些请求不就每次都会穿透过缓存，而直接访问数据库了。

由于前面已经加了锁，所以即使这里的并发量很大，也不会导致数据库直接挂掉。

但很显然这些请求的处理性能并不好，有没有更好的解决方案?

这时可以想到布隆过滤器。

系统根据商品id，先从布隆过滤器中查询该id是否存在，如果存在则允许从缓存中查询数据，如果不存在，则直接返回失败。

虽说该方案可以解决缓存穿透问题，但是又会引出另外一个问题：布隆过滤器中的数据如何更缓存中的数据保持一致?

这就要求，如果缓存中数据有更新，则要及时同步到布隆过滤器中。如果数据同步失败了，还需要增加重试机制，而且跨数据源，能保证数据的实时一致性吗?

显然是不行的。

所以布隆过滤器绝大部分使用在缓存数据更新很少的场景中。

如果缓存数据更新非常频繁，又该如何处理呢?

这时，就需要把不存在的商品id也缓存起来。

下次，再有该商品id的请求过来，则也能从缓存中查到数据，只不过该数据比较特殊，表示商品不存在。需要特别注意的是，这种特殊缓存设置的超时时间应该尽量短一点。

5. 库存问题

对于库存问题看似简单，实则里面还是有些东西。

真正的秒杀商品的场景，不是说扣完库存，就完事了，如果用户在一段时间内，还没完成支付，扣减的库存是要加回去的。

所以，在这里引出了一个预扣库存的概念，预扣库存的主要流程如下：

扣减库存中除了上面说到的预扣库存和回退库存之外，还需要特别注意的是库存不足和库存超卖问题。

5.1 数据库扣减库存

使用数据库扣减库存，是最简单的实现方案了，基于数据库的乐观锁，这样会少一次数据库查询，而且能够天然的保证数据操作的原子性。

update product set stock=stock-1 where id=product and stock > 0; 

在sql最后加上：stock > 0，就能保证不会出现超卖的情况。

6 .分布式锁

之前我提到过，在秒杀的时候，需要先从缓存中查商品是否存在，如果不存在，则会从数据库中查商品。如果数据库中，则将该商品放入缓存中，然后返回。如果数据库中没有，则直接返回失败。

大家试想一下，如果在高并发下，有大量的请求都去查一个缓存中不存在的商品，这些请求都会直接打到数据库。数据库由于承受不住压力，而直接挂掉。

那么如何解决这个问题呢?

这就需要用redis分布式锁了。

8. mq异步处理

我们都知道在真实的秒杀场景中，有三个核心流程：

而这三个核心流程中，真正并发量大的是秒杀功能，下单和支付功能实际并发量很小。所以，我们在设计秒杀系统时，有必要把下单和支付功能从秒杀的主流程中拆分出来，特别是下单功能要做成mq异步处理的。而支付功能，比如支付宝支付，是业务场景本身保证的异步。

于是，秒杀后下单的流程变成如下：

如果使用mq，需要关注以下几个问题：

7.1 消息丢失问题

秒杀成功了，往mq发送下单消息的时候，有可能会失败。原因有很多，比如：网络问题、broker挂了、mq服务端磁盘问题等。这些情况，都可能会造成消息丢失。

那么，如何防止消息丢失呢?

答：加一张消息发送表。

在生产者发送mq消息之前，先把该条消息写入消息发送表，初始状态是待处理，然后再发送mq消息。消费者消费消息时，处理完业务逻辑之后，再回调生产者的一个接口，修改消息状态为已处理。

如果生产者把消息写入消息发送表之后，再发送mq消息到mq服务端的过程中失败了，造成了消息丢失。

这时候，要如何处理呢?

答：使用job，增加重试机制。

用job每隔一段时间去查询消息发送表中状态为待处理的数据，然后重新发送mq消息。

7.2 重复消费问题

本来消费者消费消息时，在ack应答的时候，如果网络超时，本身就可能会消费重复的消息。但由于消息发送者增加了重试机制，会导致消费者重复消息的概率增大。

那么，如何解决重复消息问题呢?

答：加一张消息处理表。

消费者读到消息之后，先判断一下消息处理表，是否存在该消息，如果存在，表示是重复消费，则直接返回。如果不存在，则进行下单操作，接着将该消息写入消息处理表中，再返回。

有个比较关键的点是：下单和写消息处理表，要放在同一个事务中，保证原子操作。

7.3 延迟消费问题

通常情况下，如果用户秒杀成功了，下单之后，在15分钟之内还未完成支付的话，该订单会被自动取消，回退库存。

那么，在15分钟内未完成支付，订单被自动取消的功能，要如何实现呢?

我们首先想到的可能是job，因为它比较简单。

但job有个问题，需要每隔一段时间处理一次，实时性不太好。

还有更好的方案?

答：使用延迟队列。

我们都知道rocketmq，自带了延迟队列的功能。

下单时消息生产者会先生成订单，此时状态为待支付，然后会向延迟队列中发一条消息。达到了延迟时间，消息消费者读取消息之后，会查询该订单的状态是否为待支付。如果是待支付状态，则会更新订单状态为取消状态。如果不是待支付状态，说明该订单已经支付过了，则直接返回。

还有个关键点，用户完成支付之后，会修改订单状态为已支付。

8. 如何限流?

通过秒杀活动，如果我们运气爆棚，可能会用非常低的价格买到不错的商品(这种概率堪比买福利彩票中大奖)。

但有些高手，并不会像我们一样老老实实，通过秒杀页面点击秒杀按钮，抢购商品。他们可能在自己的服务器上，模拟正常用户登录系统，跳过秒杀页面，直接调用秒杀接口。

如果是我们手动操作，一般情况下，一秒钟只能点击一次秒杀按钮。

但是如果是服务器，一秒钟可以请求成上千接口。

所以，我们有必要识别这些非法请求，做一些限制。那么，我们该如何现在这些非法请求呢?

目前有两种常用的限流方式：

基于nginx限流

基于redis限流

8.1 对同一用户限流

为了防止某个用户，请求接口次数过于频繁，可以只针对该用户做限制。

限制同一个用户id，比如每分钟只能请求5次接口。

8.2 对同一ip限流

有时候只对某个用户限流是不够的，有些高手可以模拟多个用户请求，这种nginx就没法识别了。

这时需要加同一ip限流功能。

限制同一个ip，比如每分钟只能请求5次接口。

但这种限流方式可能会有误杀的情况，比如同一个公司或网吧的出口ip是相同的，如果里面有多个正常用户同时发起请求，有些用户可能会被限制住。

8.3 对接口限流

别以为限制了用户和ip就万事大吉，有些高手甚至可以使用代理，每次都请求都换一个ip。

这时可以限制请求的接口总次数。

在高并发场景下，这种限制对于系统的稳定性是非常有必要的。但可能由于有些非法请求次数太多，达到了该接口的请求上限，而影响其他的正常用户访问该接口。看起来有点得不偿失。

8.4 加验证码

相对于上面三种方式，加验证码的方式可能更精准一些，同样能限制用户的访问频次，但好处是不会存在误杀的情况。

通常情况下，用户在请求之前，需要先输入验证码。用户发起请求之后，服务端会去校验该验证码是否正确。只有正确才允许进行下一步操作，否则直接返回，并且提示验证码错误。

此外，验证码一般是一次性的，同一个验证码只允许使用一次，不允许重复使用。

普通验证码，由于生成的数字或者图案比较简单，可能会被破解。优点是生成速度比较快，缺点是有安全隐患。

还有一个验证码叫做：移动滑块，它生成速度比较慢，但比较安全，是目前各大互联网公司的首选。