go-zero微服务实战系列（八、如何处理每秒上万次的下单请求）
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2022-07-26 05:48
在前几篇的文章中，我们花了很大的篇幅介绍如何利用缓存优化系统的读性能，究其原因在于我们的产品大多是一个读多写少的场景，尤其是在产品的初期，可能多数的用户只是过来查看商品，真正下单的用户非常少。但随着业务的发展，我们就会遇到一些高并发写请求的场景，秒杀抢购就是最典型的高并发写场景。在秒杀抢购开始后用户就会疯狂的刷新页面让自己尽早的看到商品，所以秒杀场景同时也是高并发读场景。那么应对高并发读写场景我们怎么进行优化呢？
处理热点数据
秒杀的数据通常都是热点数据，处理热点数据一般有几种思路：一是优化，二是限制，三是隔离。
优化
优化热点数据最有效的办法就是缓存热点数据，我们可以把热点数据缓存到内存缓存中。
限制
限制更多的是一种保护机制，当秒杀开始后用户就会不断地刷新页面获取数据，这时候我们可以限制单用户的请求次数，比如一秒钟只能请求一次，超过限制直接返回错误，返回的错误尽量对用户友好，比如 "店小二正在忙" 等友好提示。
隔离
秒杀系统设计的第一个原则就是将这种热点数据隔离出来，不要让1%的请求影响到另外的99%，隔离出来后也更方便对这1%的请求做针对性的优化。具体到实现上，我们需要做服务隔离，即秒杀功能独立为一个服务，通知要做数据隔离，秒杀所调用的大部分是热点数据，我们需要使用单独的Redis集群和单独的Mysql，目的也是不想让1%的数据有机会影响99%的数据。
流量削峰
针对秒杀场景，它的特点是在秒杀开始那一刹那瞬间涌入大量的请求，这就会导致一个特别高的流量峰值。但最终能够抢到商品的人数是固定的，也就是不管是100人还是10000000人发起请求的结果都是一样的，并发度越高，无效的请求也就越多。但是从业务角度来说，秒杀活动是希望有更多的人来参与的，也就是秒杀开始的时候希望有更多的人来刷新页面，但是真正开始下单时，请求并不是越多越好。因此我们可以设计一些规则，让并发请求更多的延缓，甚至可以过滤掉一些无效的请求。
削峰本质上是要更多的延缓用户请求的发出，以便减少和过滤掉一些无效的请求，它遵从请求数要尽量少的原则。我们最容易想到的解决方案是用消息队列来缓冲瞬时的流量，把同步的直接调用转换成异步的间接推送，中间通过一个队列在一端承接瞬时的流量洪峰，在另一端平滑的将消息推送出去，如下图所示：
采用消息队列异步处理后，那么秒杀的结果是不太好同步返回的，所以我们的思路是当用户发起秒杀请求后，同步返回响应用户 "秒杀结果正在计算中..." 的提示信息，当计算完之后我们如何返回结果给用户呢？其实也是有多种方案的。
一是在页面中采用轮询的方式定时主动去服务端查询结果，例如每秒请求一次服务端看看有没有处理结果，这种方式的缺点是服务端的请求数会增加不少。 二是主动push的方式，这种就要求服务端和客户端保持长连接了，服务端处理完请求后主动push给客户端，这种方式的缺点是服务端的连接数会比较多。
还有一个问题就是如果异步的请求失败了该怎么办？我觉得对于秒杀场景来说，失败了就直接丢弃就好了，最坏的结果就是这个用户没有抢到而已。如果想要尽量的保证公平的话，那么失败了以后也可以做重试。
如何保证消息只被消费一次
kafka是能够保证"At Least Once"的机制的，即消息不会丢失，但有可能会导致重复消费，消息一旦被重复消费那么就会造成业务逻辑处理的错误，那么我们如何避免消息的重复消费呢？
我们只要保证即使消费到了重复的消息，从消费的最终结果来看和只消费一次的结果等同就好了，也就是保证在消息的生产和消费的过程是幂等的。什么是幂等呢？如果我们消费一条消息的时候，要给现有的库存数量减1，那么如果消费两条相同的消息就给库存的数量减2，这就不是幂等的。而如果消费一条消息后处理逻辑是将库存的数量设置为0，或者是如果当前库存的数量为10时则减1，这样在消费多条消息时所得到的结果就是相同的，这就是幂等的。说白了就是一件事无论你做多少次和做一次产生的结果都是一样的，那么这就是幂等性。
我们可以在消息被消费后，把唯一id存储在数据库中，这里的唯一id可以使用用户id和商品id的组合，在处理下一条消息之前先从数据库中查询这个id看是否被消费过，如果消费过就放弃。伪代码如下：
isConsume := getByID(id)
if isConsume {
return
}
process(message)
save(id)
还有一种方式是通过数据库中的唯一索引来保证幂等性，不过这个要看具体的业务，在这里不再赘述。
代码实现
整个秒杀流程图如下：
使用kafka作为消息队列，所以要先在本地安装kafka，我使用的是mac可以用homebrew直接安装，kafka依赖zookeeper也会自动安装
brew install kafka
安装完后通过brew services start启动zookeeper和kafka，kafka默认侦听在9092端口
brew services start zookeeper
brew services start kafka
seckill-rpc的SeckillOrder方法实现秒杀逻辑，我们先限制用户的请求次数，比如限制用户每秒只能请求一次，这里使用go-zero提供的PeriodLimit功能实现，如果超出限制直接返回
code, _ := l.limiter.Take(strconv.FormatInt(in.UserId, 10))
if code == limit.OverQuota {
return nil, status.Errorf(codes.OutOfRange, "Number of requests exceeded the limit")
}
接着查看当前抢购商品的库存，如果库存不足就直接返回，如果库存足够的话则认为可以进入下单流程，发消息到kafka，这里kafka使用go-zero提供的kq库，非常简单易用，为秒杀新建一个Topic，配置初始化和逻辑如下：
Kafka:
Addrs:
- 127.0.0.1:9092
SeckillTopic: seckill-topic
KafkaPusher: kq.NewPusher(c.Kafka.Addrs, c.Kafka.SeckillTopic)
p, err := l.svcCtx.ProductRPC.Product(l.ctx, &product.ProductItemRequest{ProductId: in.ProductId})
if err != nil {
return nil, err
}
if p.Stock <= 0 {
return nil, status.Errorf(codes.OutOfRange, "Insufficient stock")
}
kd, err := json.Marshal(&KafkaData{Uid: in.UserId, Pid: in.ProductId})
if err != nil {
return nil, err
}
if err := l.svcCtx.KafkaPusher.Push(string(kd)); err != nil {
return nil, err
}
seckill-rmq消费seckill-rpc生产的数据进行下单操作，我们新建seckill-rmq服务，结构如下：
tree ./rmq
./rmq
├── etc
│ └── seckill.yaml
├── internal
│ ├── config
│ │ └── config.go
│ └── service
│ └── service.go
└── seckill.go
4 directories, 4 files
依然是使用kq初始化启动服务，这里我们需要注册一个ConsumeHand方法，该方法用以消费kafka数据
srv := service.NewService(c)
queue := kq.MustNewQueue(c.Kafka, kq.WithHandle(srv.Consume))
defer queue.Stop()
fmt.Println("seckill started!!!")
queue.Start()
在Consume方法中，消费到数据后先反序列化，然后调用product-rpc查看当前商品的库存，如果库存足够的话我们认为可以下单，调用order-rpc进行创建订单操作，最后再更新库存
func (s *Service) Consume(_ string, value string) error {
logx.Infof("Consume value: %s\n", value)
var data KafkaData
if err := json.Unmarshal([]byte(value), &data); err != nil {
return err
}
p, err := s.ProductRPC.Product(context.Background(), &product.ProductItemRequest{ProductId: data.Pid})
if err != nil {
return err
}
if p.Stock <= 0 {
return nil
}
_, err = s.OrderRPC.CreateOrder(context.Background(), &order.CreateOrderRequest{Uid: data.Uid, Pid: data.Pid})
if err != nil {
logx.Errorf("CreateOrder uid: %d pid: %d error: %v", data.Uid, data.Pid, err)
return err
}
_, err = s.ProductRPC.UpdateProductStock(context.Background(), &product.UpdateProductStockRequest{ProductId: data.Pid, Num: 1})
if err != nil {
logx.Errorf("UpdateProductStock uid: %d pid: %d error: %v", data.Uid, data.Pid, err)
return err
}
// TODO notify user of successful order placement
return nil
}
在创建订单过程中涉及到两张表orders和orderitem，所以我们要使用本地事务进行插入，代码如下：
func (m *customOrdersModel) CreateOrder(ctx context.Context, oid string, uid, pid int64) error {
_, err := m.ExecCtx(ctx, func(ctx context.Context, conn sqlx.SqlConn) (sql.Result, error) {
err := conn.TransactCtx(ctx, func(ctx context.Context, session sqlx.Session) error {
_, err := session.ExecCtx(ctx, "INSERT INTO orders(id, userid) VALUES(?,?)", oid, uid)
if err != nil {
return err
}
_, err = session.ExecCtx(ctx, "INSERT INTO orderitem(orderid, userid, proid) VALUES(?,?,?)", "", uid, pid)
return err
})
return nil, err
})
return err
}
订单号生成逻辑如下，这里使用时间加上自增数进行订单生成
var num int64
func genOrderID(t time.Time) string {
s := t.Format("20060102150405")
m := t.UnixNano()/1e6 - t.UnixNano()/1e9*1e3
ms := sup(m, 3)
p := os.Getpid() % 1000
ps := sup(int64(p), 3)
i := atomic.AddInt64(&num, 1)
r := i % 10000
rs := sup(r, 4)
n := fmt.Sprintf("%s%s%s%s", s, ms, ps, rs)
return n
}
func sup(i int64, n int) string {
m := fmt.Sprintf("%d", i)
for len(m) < n {
m = fmt.Sprintf("0%s", m)
}
return m
}
最后分别启动product-rpc、order-rpc、seckill-rpc和seckill-rmq服务还有zookeeper、kafka、mysql和redis，启动后我们调用seckill-rpc进行秒杀下单
grpcurl -plaintext -d '{"user_id": 111, "product_id": 10}' 127.0.0.1:9889 seckill.Seckill.SeckillOrder
在seckill-rmq中打印了消费记录，输出如下
{"@timestamp":"2022-06-26T10:11:42.997+08:00","caller":"service/service.go:35","content":"Consume value: {\"uid\":111,\"pid\":10}\n","level":"info"}
这个时候查看orders表中已经创建了订单，同时商品库存减一
结束语
本质上秒杀是一个高并发读和高并发写的场景，上面我们介绍了秒杀的注意事项以及优化点，我们这个秒杀场景相对来说比较简单，但其实也没有一个通用的秒杀的框架，我们需要根据实际的业务场景进行优化，不同量级的请求优化的手段也不尽相同。这里我们只展示了服务端的相关优化，但对于秒杀场景来说整个请求链路都是需要优化的，比如对于静态数据我们可以使用CDN做加速，为了防止流量洪峰我们可以在前端设置答题功能等等。
希望本篇文章对你有所帮助，谢谢。
代码仓库: https://github.com/zhoushuguang/lebron
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