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微信红包系统的技术都有哪些难点?

时间:2021-4-04 作者:微信 分享到:
在介绍微信红包系统的技术难点之前,先介绍下简单的、典型的商品“秒杀”系统的架构设计,该系统由接入层、逻辑服务层、存储层与缓存构成。Proxy处理请求接入,Server承载主要的业务逻辑,Cache用于缓存库存数量、DB则用于数据持久化。
 
 
 
 
  
  一个“秒杀”活动,对应DB中的一条库存记录。当用户进行商品“秒杀”时,系统的主要逻辑在于DB中库存的操作上。一般来说,对DB的操作流程有以下三步:
  
  a. 锁库存
  
  b. 插入“秒杀”记录
  
  c. 更新库存
  
  其中,锁库存是为了避免并发请求时出现“超卖”情况。同时要求这三步操作需要在一个事务中完成(所谓的事务,是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作,要么完全地执行,要么完全地不执行)。
  
  “秒杀”系统的设计难点就在这个事务操作上。商品库存在DB中记为一行,大量用户同时“秒杀”同一商品时,第一个到达DB的请求锁住了这行库存记录。在第一个事务完成提交之前这个锁一直被第一个请求占用,后面的所有请求需要排队等待。同时参与“秒杀”的用户越多,并发进DB的请求越多,请求排队越严重。因此,并发请求抢锁,是典型的商品“秒杀”系统的设计难点。
  
  微信红包业务相比普通商品“秒杀”活动,具有海量并发、高安全级别要求的特点。在微信红包系统的设计上,除了并发请求抢锁之外,还有以下两个突出难点:
  
  首先,事务级操作量级大。以上介绍微信红包业务特点时提到,普遍情况下同时会有数以万计的微信群在发红包。这个业务特点映射到微信红包系统设计上,就是有数以万计的“并发请求抢锁”同时在进行。这使得DB的压力比普通单个商品“库存”被锁要大很多倍。
  
  其次,事务性要求严格。微信红包系统本质上是一个资金交易系统,相比普通商品“秒杀”系统有更高的事务级别要求。
  
  解决高并发问题通常使用的方案
  
  普通商品“秒杀”活动系统,解决高并发问题的方案,大体有以下几种:
  
  方案一,使用内存操作替代实时的DB事务操作。
  
  这个方案的优点是用内存操作替代磁盘操作,提高了并发性能。
  
  但是缺点也很明显,在内存操作成功但DB持久化失败,或者内存Cache故障的情况下,DB持久化会丢数据,不适合微信红包这种资金交易系统。
  
  方案二,使用乐观锁替代悲观锁。
  
  所谓悲观锁,是关系数据库管理系统里的一种并发控制的方法。它可以阻止一个事务以影响其他用户的方式来修改数据。如果一个事务执行的操作对某行数据应用了锁,那只有当这个事务把锁释放,其他事务才能够执行与该锁冲突的操作。对应于上文分析中的“并发请求抢锁”行为。
  
  所谓乐观锁,它假设多用户并发的事务在处理时不会彼此互相影响,各事务能够在不产生锁的情况下处理各自影响的那部分数据。在提交数据更新之前,每个事务会先检查在该事务读取数据后,有没有其他事务又修改了该数据。如果其他事务有更新的话,正在提交的事务会进行回滚。
  
 
  商品“秒杀”系统中,乐观锁的具体应用方法,是在DB的“库存”记录中维护一个版本号。在更新“库存”的操作进行前,先去DB获取当前版本号。在更新库存的事务提交时,检查该版本号是否已被其他事务修改。如果版本没被修改,则提交事务,且版本号加1;如果版本号已经被其他事务修改,则回滚事务,并给上层报错。
  
  这个方案解决了“并发请求抢锁”的问题,可以提高DB的并发处理能力。
  
  但是如果应用于微信红包系统,则会存在下面三个问题:
  
  如果拆红包采用乐观锁,那么在并发抢到相同版本号的拆红包请求中,只有一个能拆红包成功,其他的请求将事务回滚并返回失败,给用户报错,用户体验完全不可接受。
  
  如果采用乐观锁,将会导致第一时间同时拆红包的用户有一部分直接返回失败,反而那些“手慢”的用户,有可能因为并发减小后拆红包成功,这会带来用户体验上的负面影响。
  
  如果采用乐观锁的方式,会带来大数量的无效更新请求、事务回滚,给DB造成不必要的额外压力。
  
  基于以上原因,微信红包系统不能采用乐观锁的方式解决并发抢锁问题。