作者：因为热爱所以坚持ing来源：苏三说技术
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。
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，下面用一张图直观地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：
页面静态化
CDN加速
缓存
mq异步处理
限流
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。
这样能过滤大部分无效请求。
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ContentDeliveryNetwork，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.秒杀按钮
大部分用户怕错过秒杀时间点，一般会提前进入活动页面。此时看到的秒杀按钮是指纹，不可点击的。只有到了秒杀时间点那一时刻，秒杀按钮才会自动点亮，变成可点击的。
但此时很多用户已经迫不及待了，通过不停刷新页面，争取在第一时间看到秒杀按钮的点亮。
从前面得知，该活动页面是静态的。那么我们在静态页面中如何控制秒杀按钮，只在秒杀时间点时才点亮呢?
没错，使用js文件控制。
为了性能考虑，一般会将css、js和图片等静态资源文件提前缓存到CDN上，让用户能够就近访问秒杀页面。
看到这里，有些聪明的小伙伴，可能会问：CDN上的js文件是如何更新的?
秒杀开始之前，js标志为false，还有另外一个随机参数。
当秒杀开始的时候系统会生成一个新的js文件，此时标志为true，并且随机参数生成一个新值，然后同步给CDN。由于有了这个随机参数，CDN不会缓存数据，每次都能从CDN中获取最新的js代码。
此外，前端还可以加一个定时器，控制比如：10秒之内，只允许发起一次请求。如果用户点击了一次秒杀按钮，则在10秒之内置灰，不允许再次点击，等到过了时间限制，又允许重新点击该按钮。
4.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。
5.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。
5.1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。即使先把所有的商品，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，如果不加速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。
5.2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。
6.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。
6.1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，假设扣减库存的sql如下：
updateproductsetstock=stock-1whereid=;
这种写法对于扣减库存是没有问题的，但如何控制库存不足的情况下，不让用户操作呢?
这就需要在update之前，先查一下库存是否足够了。
伪代码如下：
intstock=mapper.getStockById();if(stock0){intcount=mapper.updateStock();if(count0){addOrder();}}
大家有没有发现这段代码的问题?
没错，查询操作和更新操作不是原子性的，会导致在并发的场景下，出现库存超卖的情况。
有人可能会说，这样好办，加把锁，不就搞定了，比如使用synchronized关键字。
确实，可以，但是性能不够好。
还有更优雅的处理方案，即基于数据库的乐观锁，这样会少一次数据库查询，而且能够天然地保证数据操作的原子性。
只需将上面的sql稍微调整一下：
updateproductsetstock=stock-1whereid=productandstock0;
在sql最后加上：stock0，就能保证不会出现超卖的情况。
但需要频繁访问数据库，我们都知道数据库连接是非常昂贵的资源。在高并发的场景下，可能会造成系统雪崩。而且，容易出现多个请求，同时竞争行锁的情况，造成相互等待，从而出现死锁的问题。
6.2redis扣减库存
redis的incr方法是原子性的，可以用该方法扣减库存。伪代码如下：
booleanexist=redisClient.query(productId,userId);if(exist){return-1;}intstock=redisClient.queryStock(productId);if(stock=0){return0;}redisClient.incrby(productId,-1);redisClient.add(productId,userId);return1;
代码流程如下：
先判断该用户有没有秒杀过该商品，如果已经秒杀过，则直接返回-1。
查询库存，如果库存小于等于0，则直接返回0，表示库存不足。
如果库存充足，则扣减库存，然后将本次秒杀记录保存起来。然后返回1，表示成功。
估计很多小伙伴，一开始都会按这样的思路写代码。但如果仔细想想会发现，这段代码有问题。
有什么问题呢?
如果在高并发下，有多个请求同时查询库存，当时都大于0。由于查询库存和更新库存非原则操作，则会出现库存为负数的情况，即库存超卖。
当然有人可能会说，加个synchronized不就解决问题?
调整后代码如下：
booleanexist=redisClient.query(productId,userId);if(exist){return-1;}synchronized(this){intstock=redisClient.queryStock(productId);if(stock=0){return0;}redisClient.incrby(productId,-1);redisClient.add(productId,userId);}return1;
加synchronized确实能解决库存为负数问题，但是这样会导致接口性能急剧下降，每次查询都需要竞争同一把锁，显然不太合理。
为了解决上面的问题，代码优化如下：
booleanexist=redisClient.query(productId,userId);if(exist){return-1;}if(redisClient.incrby(productId,-1)0){return0;}redisClient.add(productId,userId);return1;
该代码主要流程如下：
先判断该用户有没有秒杀过该商品，如果已经秒杀过，则直接返回-1。
扣减库存，判断返回值是否小于0，如果小于0，则直接返回0，表示库存不足。
如果扣减库存后，返回值大于或等于0，则将本次秒杀记录保存起来。然后返回1，表示成功。
该方案咋一看，好像没问题。
但如果在高并发场景中，有多个请求同时扣减库存，大多数请求的incrby操作之后，结果都会小于0。
虽说，库存出现负数，不会出现超卖的问题。但由于这里是预减库存，如果负数值负得太多的话，后面万一要回退库存时，就会导致库存不准。
那么，有没有更好的方案呢?
6.3lua脚本扣减库存
我们都知道lua脚本，是能够保证原子性的，它跟redis一起配合使用，能够完美解决上面的问题。
lua脚本有段非常经典的代码：
StringBuilderlua=newStringBuilder();lua.append("if(redis.call(exists,KEYS[1])==1)then");lua.append("localstock=tonumber(redis.call(get,KEYS[1]));");lua.append("if(stock==-1)then");lua.append("return1;");lua.append("end;");lua.append("if(stock0)then");lua.append("redis.call(incrby,KEYS[1],-1);");lua.append("returnstock;");lua.append("end;");lua.append("return0;");lua.append("end;");lua.append("return-1;");
该代码的主要流程如下：
先判断商品id是否存在，如果不存在则直接返回。
获取该商品id的库存，判断库存如果是-1，则直接返回，表示不限制库存。
如果库存大于0，则扣减库存。
如果库存等于0，是直接返回，表示库存不足。
7.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。
7.1setNx加锁
使用redis的分布式锁，首先想到的是setNx命令。
if(jedis.setnx(lockKey,val)==1){jedis.expire(lockKey,timeout);}
用该命令其实可以加锁，但和后面的设置超时时间是分开的，并非原子操作。
假如加锁成功了，但是设置超时时间失败了，该lockKey就变成永不失效的了。在高并发场景中，该问题会导致非常严重的后果。
那么，有没有保证原子性的加锁命令呢?
7.2set加锁使
用redis的set命令，它可以指定多个参数。
Stringresult=jedis.set(lockKey,requestId,"NX","PX",expireTime);if("OK".equals(result)){returntrue;}returnfalse;
其中：
lockKey：锁的标识
requestId：请求id
NX：只在键不存在时，才对键进行设置操作。
PX：设置键的过期时间为millisecond毫秒。
expireTime：过期时间
由于该命令只有一步，所以它是原子操作。
7.3释放锁
接下来，有些朋友可能会问：在加锁时，既然已经有了lockKey锁标识，为什么要需要记录requestId呢?
答：requestId是在释放锁的时候用的。
if(jedis.get(lockKey).equals(requestId)){jedis.del(lockKey);returntrue;}returnfalse;
在释放锁的时候，只能释放自己加的锁，不允许释放别人加的锁。
这里为什么要用requestId，用userId不行吗?
答：如果用userId的话，假设本次请求流程走完了，准备删除锁。此时，巧合锁到了过期时间失效了。而另外一个请求，巧合使用的相同userId加锁，会成功。而本次请求删除锁的时候，删除的其实是别人的锁了。
当然使用lua脚本也能避免该问题：
ifredis.call(get,KEYS[1])==ARGV[1]thenreturnredis.call(del,KEYS[1])elsereturn0end
它能保证查询锁是否存在和删除锁是原子操作。
7.4自旋锁
上面的加锁方法看起来好像没有问题，但如果你仔细想想，如果有1万的请求同时去竞争那把锁，可能只有一个请求是成功的，其余的个请求都会失败。
在秒杀场景下，会有什么问题?
答：每1万个请求，有1个成功。再1万个请求，有1个成功。如此下去，直到库存不足。这就变成均匀分布的秒杀了，跟我们想象中的不一样。
如何解决这个问题呢?
答：使用自旋锁。
try{Longstart=System.currentTimeMillis();while(true){Stringresult=jedis.set(lockKey,requestId,"NX","PX",expireTime);if("OK".equals(result)){returntrue;}longtime=System.currentTimeMillis()-start;if(time=timeout){returnfalse;}try{Thread.sleep(50);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}}finally{unlock(lockKey,requestId);}returnfalse;
在规定的时间，比如毫秒内，自旋不断尝试加锁，如果成功则直接返回。如果失败，则休眠50毫秒，再发起新一轮的尝试。如果到了超时时间，还未加锁成功，则直接返回失败。
7.5redisson
除了上面的问题之外，使用redis分布式锁，还有锁竞争问题、续期问题、锁重入问题、多个redis实例加锁问题等。
这些问题使用redisson可以解决，由于篇幅的原因，在这里先保留一点悬念，有疑问的私聊给我。后面会出一个专题介绍分布式锁，敬请期待。
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