设计秒杀系统时应该注意的5个架构原则
说起秒杀，我想你肯定不陌生，这两年，从双十一购物到春节抢红包，再到 12306 抢火车 票，“秒杀”的场景处处可见。简单来说，秒杀就是在同一个时刻有大量的请求争抢购买同一个 商品并完成交易的过程，用技术的行话来说就是大量的并发读和并发写。
不管是哪一门语言，并发都是程序员们最为头疼的部分。同样，对于一个软件而言也是这样，你 可以很快增删改查做出一个秒杀系统，但是要让它支持高并发访问就没那么容易了。比如说，如 何让系统面对百万级的请求流量不出故障？如何保证高并发情况下数据的一致性写？完全靠堆服 务器来解决吗？这显然不是最好的解决方案。
在我看来，秒杀系统本质上就是一个满足大并发、高性能和高可用的分布式系统。今天，我们就 来聊聊，如何在满足一个良好架构的分布式系统基础上，针对秒杀这种业务做到极致的性能改 进。
架构原则：“4 要 1 不要”
如果你是一个架构师，你首先要勾勒出一个轮廓，想一想如何构建一个超大流量并发读写、高性 能，以及高可用的系统，这其中有哪些要素需要考虑。我把这些要素总结为“4 要 1 不要”。
1. 数据要尽量少
所谓“数据要尽量少”，首先是指用户请求的数据能少就少。请求的数据包括上传给系统的数据 和系统返回给用户的数据（通常就是网页）。
为啥“数据要尽量少”呢？因为首先这些数据在网络上传输需要时间，其次不管是请求数据还是 返回数据都需要服务器做处理，而服务器在写网络时通常都要做压缩和字符编码，这些都非常消 耗 CPU，所以减少传输的数据量可以显著减少 CPU 的使用。例如，我们可以简化秒杀页面的大 小，去掉不必要的页面装修效果，等等。
其次，“数据要尽量少”还要求系统依赖的数据能少就少，包括系统完成某些业务逻辑需要读取 和保存的数据，这些数据一般是和后台服务以及数据库打交道的。调用其他服务会涉及数据的序 列化和反序列化，而这也是 CPU 的一大杀手，同样也会增加延时。而且，数据库本身也容易成 为一个瓶颈，所以和数据库打交道越少越好，数据越简单、越小则越好。
2. 请求数要尽量少
用户请求的页面返回后，浏览器渲染这个页面还要包含其他的额外请求，比如说，这个页面依赖 的 CSS/JavaScript、图片，以及 Ajax 请求等等都定义为“额外请求”，这些额外请求应该尽量 少。因为浏览器每发出一个请求都多少会有一些消耗，例如建立连接要做三次握手，有的时候有 页面依赖或者连接数限制，一些请求（例如 JavaScript）还需要串行加载等。另外，如果不同请 求的域名不一样的话，还涉及这些域名的 DNS 解析，可能会耗时更久。所以你要记住的是，减 少请求数可以显著减少以上这些因素导致的资源消耗。
例如，减少请求数最常用的一个实践就是合并 CSS 和 JavaScript 文件，把多个 JavaScript 文件 合并成一个文件，在 URL 中用逗号隔开（https://g.xxx.com/tm/xx-b/4.0.94/mods/?? module-preview/index.xtpl.js,module-jhs/index.xtpl.js,module-focus/index.xtpl.js）。这种 方式在服务端仍然是单个文件各自存放，只是服务端会有一个组件解析这个 URL，然后动态把这 些文件合并起来一起返回。
3. 路径要尽量短
所谓“路径”，就是用户发出请求到返回数据这个过程中，需求经过的中间的节点数
通常，这些节点可以表示为一个系统或者一个新的 Socket 连接（比如代理服务器只是创建一个 新的 Socket 连接来转发请求）。每经过一个节点，一般都会产生一个新的 Socket 连接。
然而，每增加一个连接都会增加新的不确定性。从概率统计上来说，假如一次请求经过 5 个节 点，每个节点的可用性是 99.9% 的话，那么整个请求的可用性是：99.9% 的 5 次方，约等于 99.5%。
所以缩短请求路径不仅可以增加可用性，同样可以有效提升性能（减少中间节点可以减少数据的 序列化与反序列化），并减少延时（可以减少网络传输耗时）。
要缩短访问路径有一种办法，就是多个相互强依赖的应用合并部署在一起，把远程过程调用 （RPC）变成 JVM 内部之间的方法调用。在《大型网站技术架构演进与性能优化》一书中，我 也有一章介绍了这种技术的详细实现。
4. 依赖要尽量少
所谓依赖，指的是要完成一次用户请求必须依赖的系统或者服务，这里的依赖指的是强依赖
举个例子，比如说你要展示秒杀页面，而这个页面必须强依赖商品信息、用户信息，还有其他如 优惠券、成交列表等这些对秒杀不是非要不可的信息（弱依赖），这些弱依赖在紧急情况下就可 以去掉。
要减少依赖，我们可以给系统进行分级，比如 0 级系统、1 级系统、2 级系统、3 级系统，0 级 系统如果是最重要的系统，那么 0 级系统强依赖的系统也同样是最重要的系统，以此类推。 注意，0 级系统要尽量减少对 1 级系统的强依赖，防止重要的系统被不重要的系统拖垮。例如支 付系统是 0 级系统，而优惠券是 1 级系统的话，在极端情况下可以把优惠券给降级，防止支付系 统被优惠券这个 1 级系统给拖垮。
5. 不要有单点
系统中的单点可以说是系统架构上的一个大忌，因为单点意味着没有备份，风险不可控，我们设 计分布式系统最重要的原则就是“消除单点”。
那如何避免单点呢？我认为关键点是避免将服务的状态和机器绑定，即把服务无状态化，这样服 务就可以在机器中随意移动。
如何那把服务的状态和机器解耦呢？这里也有很多实现方式。例如把和机器相关的配置动态化， 这些参数可以通过配置中心来动态推送，在服务启动时动态拉取下来，我们在这些配置中心设置 一些规则来方便地改变这些映射关系。
应用无状态化是有效避免单点的一种方式，但是像存储服务本身很难无状态化，因为数据要存储 在磁盘上，本身就要和机器绑定，那么这种场景一般要通过冗余多个备份的方式来解决单点问 题。
前面介绍了这些设计上的一些原则，但是你有没有发现，我一直说的是“尽量”而不是“绝 对”？
我想你肯定会问是不是请求最少就一定最好，我的答案是“不一定”。我们曾经把有些 CSS 内联 进页面里，这样做可以减少依赖一个 CSS 的请求从而加快首页的渲染，但是同样也增大了页面的 大小，又不符合“数据要尽量少”的原则，这种情况下我们为了提升首屏的渲染速度，只把首屏 的 HTML 依赖的 CSS 内联进来，其他 CSS 仍然放到文件中作为依赖加载，尽量实现首屏的打开 速度与整个页面加载性能的平衡
所以说，架构是一种平衡的艺术，而最好的架构一旦脱离了它所适应的场景，一切都将是空谈。 我希望你记住的是，这里所说的几点都只是一个个方向，你应该尽量往这些方向上去努力，但也 要考虑平衡其他因素。
不同场景下的不同架构案例
前面我说了一些架构上的原则，那么针对“秒杀”这个场景，怎样才是一个好的架构呢？下面我 以淘宝早期秒杀系统架构的演进为主线，来帮你梳理不同的请求体量下，我认为的最佳秒杀系统 架构。
如果你想快速搭建一个简单的秒杀系统，只需要把你的商品购买页面增加一个“定时上架”功 能，仅在秒杀开始时才让用户看到购买按钮，当商品的库存卖完了也就结束了。这就是当时第一 个版本的秒杀系统实现方式
但随着请求量的加大（比如从 1w/s 到了 10w/s 的量级），这个简单的架构很快就遇到了瓶颈， 因此需要做架构改造来提升系统性能。这些架构改造包括：
1. 把秒杀系统独立出来单独打造一个系统，这样可以有针对性地做优化，例如这个独立出来的系 统就减少了店铺装修的功能，减少了页面的复杂度； 2. 在系统部署上也独立做一个机器集群，这样秒杀的大流量就不会影响到正常的商品购买集群的 机器负载； 3. 将热点数据（如库存数据）单独放到一个缓存系统中，以提高“读性能”； 4. 增加秒杀答题，防止有秒杀器抢单。
此时的系统架构变成了下图这个样子。最重要的就是，秒杀详情成为了一个独立的新系统，另外 核心的一些数据放到了缓存（Cache）中，其他的关联系统也都以独立集群的方式进行部署。
设计秒杀系统时应该注意的5个架构原则
改造后的系统架构
然而这个架构仍然支持不了超过 100w/s 的请求量，所以为了进一步提升秒杀系统的性能，我们 又对架构做进一步升级，比如：
- 对页面进行彻底的动静分离，使得用户秒杀时不需要刷新整个页面，而只需要点击抢宝按钮， 借此把页面刷新的数据降到最少；
- 在服务端对秒杀商品进行本地缓存，不需要再调用依赖系统的后台服务获取数据，甚至不需要 去公共的缓存集群中查询数据，这样不仅可以减少系统调用，而且能够避免压垮公共缓存集 群。
- 增加系统限流保护，防止最坏情况发生。
经过这些优化，系统架构变成了下图中的样子。在这里，我们对页面进行了进一步的静态化，秒 杀过程中不需要刷新整个页面，而只需要向服务端请求很少的动态数据。而且，最关键的详情和 交易系统都增加了本地缓存，来提前缓存秒杀商品的信息，热点数据库也做了独立部署，等等。
设计秒杀系统时应该注意的5个架构原则
从前面的几次升级来看，其实越到后面需要定制的地方越多，也就是越“不通用”。例如，把秒 杀商品缓存在每台机器的内存中，这种方式显然不适合太多的商品同时进行秒杀的情况，因为单 机的内存始终有限。所以要取得极致的性能，就要在其他地方（比如，通用性、易用性、成本等 方面）有所牺牲。
总结
来让我们回顾下前面的内容，我首先介绍了构建大并发、高性能、高可用系统中几种通用的优化 思路，并抽象总结为“4 要 1 不要”原则，也就是：数据要尽量少、请求数要尽量少、路径要尽 量短、依赖要尽量少，以及不要有单点。当然，这几点是你要努力的方向，具体操作时还是要密 切结合实际的场景和具体条件来进行。
然后，我给出了实际构建秒杀系统时，根据不同级别的流量，由简单到复杂打造的几种系统架 构，希望能供你参考。当然，这里面我没有说具体的解决方案，比如缓存用什么、页面静态化用 什么，因为这些对于架构来说并不重要，作为架构师，你应该时刻提醒自己主线是什么。
说了这么多，总体上我希望给你一个方向，就是想构建大并发、高性能、高可用的系统应该从哪 几个方向上去努力，然后在不同性能要求的情况下系统架构应该从哪几个方面去做取舍。同时你 也要明白，越追求极致性能，系统定制开发就会越多，同时系统的通用性也就会越差。
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