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设计秒杀系统

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设计秒杀系统

一句话速记

秒杀核心矛盾：瞬时超高并发（10 万+ QPS）vs 有限库存（100 件）。解法：流量漏斗（层层过滤，让尽量少的请求打到数据库）+ 库存预减（Redis 原子操作提前扣减，避免超卖）+ 异步下单（MQ 削峰，订单异步创建）+ 幂等（重复请求只处理一次）。

设计要求分析

功能需求：
  - 商品详情展示（秒杀前）
  - 秒杀按钮（倒计时）
  - 秒杀请求（按钮点击后）
  - 订单查询（秒杀结果）

非功能需求：
  - 高并发：100 件商品，100 万用户抢，瞬时 10 万+ QPS
  - 不超卖：库存 100，最多只能卖 100
  - 防刷：单用户只能买 1 件
  - 高可用：单个组件故障不能整体崩溃
  - 低延迟：用户操作要有快速反馈

架构设计

1）流量漏斗（层层拦截）

用户（100万） → CDN（静态资源缓存）
                → Nginx（限流：单IP速率限制）
                  → API Gateway（用户维度限流：每用户每秒1次）
                    → 秒杀服务（令牌桶，防止穿透）
                      → Redis 库存预减（原子，快速失败）
                        → MQ（只有少量成功请求入队）
                          → 订单服务（异步创建订单）
                            → 数据库（少量 TPS）

目标：100万请求 → 数据库只处理 100 个

2）商品详情页（读多，CDN 缓存）

秒杀开始前：
  商品信息（图片、描述、价格）→ CDN 缓存（全球边缘节点）
  秒杀状态：NOT_STARTED / STARTED / SOLD_OUT → Redis 缓存（TTL=秒杀剩余时间）
  
秒杀倒计时：
  前端 JS 计时（本地时间）
  避免所有人同时在 00:00 刷新（服务端时间校准，允许 ±1s 误差）

秒杀按钮控制：
  状态=NOT_STARTED → 按钮灰色不可点
  状态=STARTED → 按钮可点
  状态=SOLD_OUT → 按钮变灰"已售罄"

3）秒杀请求处理

用户身份验证 + 防刷：

// 1. 登录校验（JWT/Session）
// 2. 用户维度限流（Redis SETNX，1秒内只处理1次）
String userLimitKey = "seckill:user:" + userId + ":" + itemId;
if (!redis.setnx(userLimitKey, "1", 1, TimeUnit.SECONDS)) {
    return Response.fail("操作太频繁，请稍后重试");
}
// 3. 用户是否已购买（已秒杀成功不允许重复）
if (redis.sismember("seckill:bought:" + itemId, userId)) {
    return Response.fail("您已参与过本次秒杀");
}

Redis 库存预减（原子操作，防超卖）：

-- Lua 脚本（原子：查询+扣减 不可分割）
local stock = redis.call('get', KEYS[1])
if not stock or tonumber(stock) <= 0 then
    return -1  -- 库存不足
end
-- 原子扣减
redis.call('decrby', KEYS[1], 1)
-- 记录已购用户（防重复购买）
redis.call('sadd', KEYS[2], ARGV[1])  -- KEYS[2]=bought:itemId, ARGV[1]=userId
return 1  -- 成功
Long result = redis.eval(LUA_SCRIPT, 
    Arrays.asList("seckill:stock:" + itemId, "seckill:bought:" + itemId),
    Arrays.asList(userId.toString()));
 
if (result == -1L) {
    return Response.fail("库存不足，秒杀结束");
}
 
// 4. 放入 MQ 异步下单
String orderNo = generateOrderNo();  // 预生成订单号
mqProducer.send("seckill_order", new SeckillMessage(userId, itemId, orderNo));
 
return Response.success("秒杀成功，订单处理中", orderNo);

异步下单（MQ 削峰）：

// 消费者
@KafkaListener(topics = "seckill_order")
public void handleSeckillOrder(SeckillMessage msg) {
    // 幂等检查（消息可能重复消费）
    if (orderDao.existsByOrderNo(msg.getOrderNo())) return;
    
    // 数据库扣库存（二次校验，防止 Redis 数据误差）
    int affected = itemDao.decreaseStock(msg.getItemId(), 1);
    if (affected == 0) {
        // 数据库库存也不够（极少数情况）
        // 发送失败通知给用户（MQ 补偿通知）
        notifyUser(msg.getUserId(), "很遗憾，秒杀失败");
        return;
    }
    
    // 创建订单
    Order order = new Order(msg.getOrderNo(), msg.getUserId(), msg.getItemId());
    orderDao.save(order);
    
    // 通知用户（短信/App 推送）
    notifyUser(msg.getUserId(), "恭喜秒杀成功！订单号：" + msg.getOrderNo());
}

4）超卖防护（双重保险）

防护 1（Redis）：Lua 原子扣减，Redis 库存 ≥ 1 才允许
防护 2（DB）：    UPDATE items SET stock=stock-1 WHERE id=? AND stock>0
                  affected_rows=0 → 超卖（极少发生，Redis 已拦截大部分）
防护 3（唯一索引）：(user_id, item_id) 唯一索引 → 防止同一用户多次下单

5）系统初始化

秒杀开始前（提前 10 分钟）：
  1. Redis 预热：SET seckill:stock:{itemId} 100（库存写入 Redis）
  2. 清空 bought 集合：DEL seckill:bought:{itemId}
  3. 预生成秒杀 token 池（可选，进一步过滤流量）
  4. CDN 预热：商品详情页图片和静态资源推到 CDN

6）订单支付超时处理

秒杀成功 → 创建订单 → 用户需在 15 分钟内支付
超时未支付 → 取消订单 → 释放库存

实现：
  Redis Sorted Set（score=过期时间戳）
  定时任务每秒扫描 score < now() 的订单 → 取消
  或：延迟消息（RocketMQ 延迟级别，15分钟后触发取消）
  
  取消时：
    UPDATE orders SET status=CANCELLED WHERE order_no=?
    Redis INCR seckill:stock:{itemId}  // 归还库存
    Redis SREM seckill:bought:{itemId} userId  // 允许用户再次秒杀（可选）

关键数字

场景：100 件商品，100 万用户
目标：QPS 峰值 10 万

流量漏斗各层处理量：
  CDN：10 万 QPS（静态资源直接返回）
  API Gateway 限流：过滤 90%，剩 1 万 QPS
  用户去重（Redis SETNX）：过滤 99%，剩 100-1000 QPS
  Redis 库存扣减：成功 100 次，其余快速返回"库存不足"
  MQ：入队 100 条消息
  DB：写入 100 条订单记录

延伸追问

  • Q：Redis 扣完库存但 MQ 发送失败，怎么处理？ → 本地事务消息：Redis 扣减成功 + 本地 DB 写 outbox 消息（同一 Redis 事务无法做到，但可以先扣 Redis，MQ 发失败则重试 3 次，3 次失败则归还库存）。更可靠：用 Redis INCR 归还，用幂等 ID 保证重试不重复扣减。
  • Q：如果只有一台 Redis，Redis 挂了怎么办？ → Redis 集群（主从+哨兵或 Cluster）保证高可用。极端情况 Redis 全挂：降级到数据库（SELECT FOR UPDATE 悲观锁），但 QPS 大幅下降（只能承受几百 TPS），同时触发限流保护 DB。

我的记法

  • 核心：流量漏斗 + Redis 原子扣减 + MQ 异步下单
  • 防超卖：Lua 原子操作（查+减不可分）+ DB where stock>0（兜底）
  • 防刷：用户维度限流（SETNX 1s）+ bought 集合去重
  • 初始化：秒杀前预热 Redis 库存
  • 一句话：「CDN 挡静态，限流挡重复，Redis Lua 原子扣库存，MQ 异步创订单」

状态

  • 已背速记
  • 能画完整数据流
  • 能写 Redis Lua 扣减脚本
  • 能解释防超卖的双重保险

关系图谱