趙 光 上海鐵路局信息技術(shù)所

2012年春運(yùn)，是鐵路首次大規(guī)模實(shí)行互聯(lián)網(wǎng)售票，12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)的初衷是通過在線購票方式以免除旅客半夜早起，在瑟瑟寒風(fēng)中排隊(duì)挨凍購票的痛苦，讓普通民眾享受互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所帶來的方便，同時(shí)加大打擊票販子，促進(jìn)社會(huì)和諧，改善鐵路形象。從其實(shí)際運(yùn)行效果來看，該網(wǎng)站在平時(shí)的運(yùn)行的確比較成功，但在應(yīng)對(duì)春運(yùn)期間瞬間海量的并發(fā)訪問時(shí)，一度出現(xiàn)許多問題。海量事物處理的高并發(fā)訪問本身就是國內(nèi)公認(rèn)的難題。因此，亟需對(duì)12306網(wǎng)站進(jìn)行優(yōu)化，提前謀劃，精心布局，未雨綢繆，以便應(yīng)對(duì)2013年春運(yùn)可能面臨的更大網(wǎng)上流量。

1 12306網(wǎng)上售票的現(xiàn)狀及潛在的問題

根據(jù)公開的資料顯示，12306購票系統(tǒng)在春運(yùn)期間的高峰已超過14億PV。目前在12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)中注冊的用戶數(shù)為1400萬，單日互聯(lián)網(wǎng)交易量高峰達(dá)188萬筆 (全路日均售票量近500萬張，高峰期售票量達(dá)700萬張)。

12306 互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)在春運(yùn)期間暴露的問題主要是：在票額分發(fā)的瞬間，大量的用戶秒殺，造成網(wǎng)站出奇的慢、很難登陸、支付不容易成功、用戶因焦慮而不停地刷屏等。

同時(shí)12306還存在一個(gè)潛在的問題，根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國的流動(dòng)人口為2個(gè)億，這些流動(dòng)人口是春運(yùn)期間通過互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)享受所帶來便利的最大人群，現(xiàn)在這部分人中很多人還沒有成為12306的注冊用戶，如果12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)做得非常強(qiáng)勁的話，其注冊的用戶數(shù)將會(huì)非常快速地增長，翻幾番地增長是非常有可能的，如此大規(guī)模的事物高速處理是件非常棘手的事情。

2 從12306與其他商務(wù)網(wǎng)站的比較看其高速處理的難點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)海量事物的高速處理，目前仍是IT業(yè)界公認(rèn)的一個(gè)難題，國內(nèi)的權(quán)威機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人-清華大學(xué)Web與軟件技術(shù)研究中心主任王津曾發(fā)表看法認(rèn)為：“海量事務(wù)高速處理系統(tǒng)是一種非常特別的系統(tǒng)，應(yīng)用的場合很少，無法想象在峰值時(shí)系統(tǒng)的性能下降之劇烈乃至崩潰。懇請(qǐng)不臆測、不輕視類似12306系統(tǒng)的難度”。

與12306類似的有著高并發(fā)訪問的國內(nèi)大型網(wǎng)站還包括淘寶、新浪微博、京東商城、騰訊QQ等。與春運(yùn)相似度最高的大概就是淘寶的雙11秒殺活動(dòng)了，雖然兩者都是實(shí)名制，但還是有很大的區(qū)別：第一，銷售的行為不同：雖然淘寶活動(dòng)期間瞬間的量也很大，但是它不會(huì)造成用戶如果沒完成購買行為，就不高興，后期還會(huì)買到想要的東西。但是車票在春運(yùn)期間蘊(yùn)涵著年味與親情，是特殊性的和唯一性的，票被人買走了，就不會(huì)再有了；第二，在訪問的地域性方面，購物網(wǎng)站里面可以依照你所在的城市很快看到這個(gè)城市可以買到的東西，而車票的概念就沒有地域性了；第三，在業(yè)務(wù)流程方面，在做實(shí)名制跟金流的時(shí)候，每一階段的動(dòng)作都必須要基于前一個(gè)行為，比如說確認(rèn)用戶的身份后，還要確認(rèn)他的銀行卡和其存款是否足額，甚至要完成轉(zhuǎn)帳以后，才能確定出票。而在淘寶網(wǎng)上，則可以先把東西買好，事后再做轉(zhuǎn)帳，所以他的流程不見得是單一項(xiàng)的。

而與新浪相比，由于新浪不是一定要做到實(shí)名制，它就不需要很大的數(shù)據(jù)庫來支持整合金流、物流等等這些東西，且對(duì)于回應(yīng)的結(jié)果并不要求那么及時(shí)。

因此可以說，在目前國內(nèi)的電子商務(wù)網(wǎng)站中，對(duì)于海量事物的高速處理，12306遇到前所未有的挑戰(zhàn)，無出其右者。難怪王津曾感嘆到“中國的鐵路電商系統(tǒng)，將是全世界規(guī)模最大的電商系統(tǒng)之一，也是全世界最海量最高速的事務(wù)處理系統(tǒng)之一，運(yùn)行峰值時(shí)沒有任何已知的系統(tǒng)可以比肩，是難度最高最容易失敗的系統(tǒng)之一”。

3 12306應(yīng)該具有的能力和達(dá)到的目標(biāo)

12306 互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)要讓旅客在春運(yùn)時(shí)方便快速地使用，應(yīng)該具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

（1）必須讓12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)承擔(dān)更多火車票銷售的任務(wù)，降低傳統(tǒng)渠道(例如車站和代售點(diǎn))的壓力。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)的售票比例只有11%，如果能夠提高到40%以上，那對(duì)旅客和鐵路售票員來說都是一大好事，兩全其美。

（2）系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的用戶體驗(yàn)，用戶界面友善、操作方便。

（3）要支持智能手機(jī)，讓用戶能夠通過智能手機(jī)很方便地使用。

（4）最重要的一點(diǎn)，該系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)高性能、高可靠性、可伸縮性的系統(tǒng)，在春運(yùn)高峰期增加機(jī)器能夠應(yīng)對(duì)高峰期的峰值用戶群，在非高峰期減少機(jī)器，降低相應(yīng)的消耗及運(yùn)維成本。

4 如何為12306搭建高性能高并發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)

針對(duì)12306的高性能和高并發(fā)訪問要求，如何搭建相關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)，其實(shí)，早有相關(guān)技術(shù)人員給出建議：開放相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)接口，讓相關(guān)的大型網(wǎng)站接入，分擔(dān)12306高峰時(shí)的壓力。筆者以為，從技術(shù)上不失為一種方案。具體來說就是：把12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)與淘寶、騰訊、新浪微博等這些公司平臺(tái)提供的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行對(duì)接，采用消息隊(duì)列為核心的異步機(jī)制方式進(jìn)行。這樣當(dāng)在票額上網(wǎng)的瞬間，有大量用戶進(jìn)行秒殺的時(shí)候，就可以在幾分鐘之內(nèi)甚至1分鐘之內(nèi)壓到新浪微博、淘寶、騰訊這些公司平臺(tái)提供的互聯(lián)網(wǎng)售票WEB應(yīng)用中，所產(chǎn)生的壓力由相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)、均衡負(fù)載器、互聯(lián)網(wǎng)售票WEB應(yīng)用的服務(wù)器給分別地承銷掉，并且轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息異步傳送到12306互聯(lián)網(wǎng)售票數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行處理，12306互聯(lián)網(wǎng)售票數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)相應(yīng)的需求按需配置所需要的資源，同時(shí)由于采用了消息隊(duì)列為核心的異步機(jī)制，可以對(duì)登錄實(shí)現(xiàn)一次處理多條消息的批量處理，而且還可以利用支付寶、財(cái)富通等進(jìn)行支付，豐富支付方式，從而大大地降低對(duì)后臺(tái)系統(tǒng)的壓力。高峰時(shí)并發(fā)的壓力將會(huì)下降幾個(gè)數(shù)量級(jí)。但是在這種架構(gòu)方式中存在的缺點(diǎn)就是如何與這些網(wǎng)站進(jìn)行協(xié)商以及利益如何分成等，且消息隊(duì)列的異步處理要求較高。

據(jù)悉，12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)要在鐵路局網(wǎng)上開分店，個(gè)人以為其實(shí)質(zhì)上與跟大的網(wǎng)站合作類似，且這樣處理可能更方便些,避免了合作過程中可能出現(xiàn)的問題，而且可以把后臺(tái)票額的數(shù)據(jù)分布做得更加靈活，只是支付系統(tǒng)可能需要下一番功夫做好。這種方式的最大的缺點(diǎn)是需要投入大量的成本。

5 前端展現(xiàn)和后端架構(gòu)的優(yōu)化策略

對(duì)于常用的使用CDN、使用緩存、后端的數(shù)據(jù)分區(qū)、數(shù)據(jù)鏡像等優(yōu)化措施，相信12306都已經(jīng)付諸實(shí)施。這里筆者只是介紹一下前端展現(xiàn)和后端架構(gòu)的優(yōu)化方面。

前端優(yōu)化：在網(wǎng)站的頁面設(shè)計(jì)中，把CSS樣式嵌入到頁面中，加大了頁面的大小，消耗了帶寬。如果每個(gè)頁面大小70 K，其中CSS嵌入假設(shè)是1 K。因?yàn)槊看卧L問，都要去下載這多余的1 k的css樣式，那么上千萬的pv去訪問的時(shí)候，產(chǎn)生的流量就是1 k×上千萬次。也就是說要多消耗服務(wù)器的這么多網(wǎng)絡(luò)帶寬，這是很致命的，任何一個(gè)小細(xì)節(jié)在高并發(fā)下都會(huì)被放大。網(wǎng)站上如果有大量的嵌套CSS，可以考慮與頁面框架分離，緩解網(wǎng)站前端訪問壓力。

后臺(tái)架構(gòu)方面：12306售票系統(tǒng)的關(guān)鍵在于秒殺票額時(shí)后臺(tái)頻繁的讀寫數(shù)據(jù)記錄操作，這也是海量事物高速處理的難點(diǎn)。我們知道：數(shù)據(jù)庫的事物處理必須保證事物的一致性、原子性、隔離性與持久性,因此數(shù)據(jù)庫都必須使用一定的鎖機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的一致性，因此并不是說只要有足夠的帶寬、服務(wù)器夠快、夠多就可以解決“海量事物高速處理”的問題，2008年奧運(yùn)會(huì)的定票系統(tǒng)也遇到過類似的情況。

在12306網(wǎng)站架構(gòu)中推薦引入中間件，把事物的協(xié)調(diào)處理交給中間件，而不是僅僅依靠數(shù)據(jù)庫本身的鎖機(jī)制。把這個(gè)自行開發(fā)的中間件部署到分布式系統(tǒng)中，可以按照實(shí)際需求最大程度的優(yōu)化，目前，“海量事物高速處理”中自行開發(fā)分布式事物處理大多基于Paxos算法，該算法提供了一個(gè)為分布式系統(tǒng)如何就某個(gè)值（決議）達(dá)成一致的模型。Paxos算法證明了一個(gè)符合Paxos模型的實(shí)現(xiàn)必然能保證分布式一致性，不需要針對(duì)于每次的具體實(shí)現(xiàn)再次證明，是目前解決分布式系統(tǒng)一致性算法中最有效的算法。放在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中也就意味著，數(shù)據(jù)庫被綁定在自己做的中間件上，其他的應(yīng)用和消息的異步處理等都從相關(guān)中間件上獲取數(shù)據(jù)，而不是直接訪問數(shù)據(jù)庫。這樣一來，對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問達(dá)到最大程度的優(yōu)化。

6 對(duì)新一代售票系統(tǒng)的個(gè)人看法

目前，鐵道部已啟動(dòng)了新一代客票系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。新一代客票系統(tǒng)將在既有客票系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在技術(shù)架構(gòu)方面，引入云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建支撐超大規(guī)模并發(fā)交易、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、靈活擴(kuò)展、安全可靠高效的綜合信息系統(tǒng)。

但是，至少在目前來看，采用云計(jì)算可能還不現(xiàn)實(shí)。首先云計(jì)算比較適合于小型的網(wǎng)站，而對(duì)于大型的電子商務(wù)以及12306這種實(shí)名制的定票系統(tǒng)來說，將核心的應(yīng)用以及重要的數(shù)據(jù)放到云平臺(tái)上，可能并不劃算，因?yàn)閹?、CPU等都要計(jì)費(fèi)，利用率提高了，成本不一定節(jié)省，且不可控。而且從數(shù)據(jù)的安全性上還不太現(xiàn)實(shí)，目前國內(nèi)并沒有什么成熟的云平臺(tái)能提供高可靠性、高性能的解決方案，比較成熟的云服務(wù)商大部分在國外，國內(nèi)掌握云計(jì)算核心技術(shù)的人才匱乏，12306實(shí)名制的特點(diǎn)決定其數(shù)據(jù)不能隨便亂放，“云里霧里”的云計(jì)算雖然愿望很好，但在用戶負(fù)荷變化劇烈的情況下，技術(shù)和管理都不成熟的云計(jì)算資源都可能出現(xiàn)問題，而這對(duì)于商用來說甚至是災(zāi)難性的。除非12306搭建一個(gè)屬于自己的私有云環(huán)境。7網(wǎng)站的管理與商務(wù)操作建議

再好的電子商務(wù)網(wǎng)站也需要業(yè)務(wù)管理與技術(shù)維護(hù)相配合，12306原是為高鐵與動(dòng)車定票服務(wù)的，而在主觀部門的行政要求下，要在春運(yùn)推廣到全路所有的車次，因此網(wǎng)站壓力驟至，而留給相關(guān)技術(shù)人員的時(shí)間又太短，只能是勉強(qiáng)度過了這個(gè)春運(yùn)。因此，相關(guān)部門的行政決定必須聽取技術(shù)人員的意見。

造成12306春運(yùn)瞬間負(fù)荷過重的直接原因是每天的固定時(shí)間點(diǎn)票額集中上網(wǎng)，票額的管理是否可以考慮把票額上網(wǎng)的時(shí)間點(diǎn)分開（例如票額按車次的開點(diǎn)自動(dòng)上網(wǎng)等等），分散一下目前并發(fā)訪問的額度，從而緩解12306并發(fā)訪問峰值的壓力，達(dá)到削峰填谷的效果。

12306 網(wǎng)站作為鐵路售票的專有電子商務(wù)網(wǎng)站，到目前為止，還沒有相應(yīng)的廣告投放等其它商務(wù)操作。以目前春運(yùn)擁有如此高的訪問量，相關(guān)的商務(wù)前景相當(dāng)廣泛，有業(yè)內(nèi)人士指出12306的潛在價(jià)值可達(dá)到100個(gè)億。這方面可考慮與專門的公司合作，充實(shí)團(tuán)隊(duì)的相關(guān)人員，參考國內(nèi)大型的電子商務(wù)網(wǎng)站的運(yùn)做模式。

總之，12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)的建設(shè)必須以用戶的體驗(yàn)為中心，通過互動(dòng)式運(yùn)營不斷改進(jìn)，這是任何一個(gè)大型網(wǎng)站建設(shè)必須遵循的思路。淘寶和新浪等許多大型的成功網(wǎng)站都是經(jīng)過多年的沉淀與積累，而12306還畢竟是第一次投入春運(yùn)，對(duì)于后面的改進(jìn)與完善，我們充滿期待。