許 敏 史熒中 張 悅

(1.無錫職業(yè)技術學院 物聯(lián)網技術學院，江蘇 無錫 214121;2.無錫超正軟件有限公司，江蘇 無錫 214153)

隨著互聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，全球已進入網絡經濟時代，電子商務將互聯(lián)網技術運用到傳統(tǒng)的銷售行業(yè)，實現(xiàn)了從生產、倉儲、運輸到銷售環(huán)節(jié)的重大變革。艾瑞數據顯示，2016年中國電子商務市場交易規(guī)模達20.2萬億元，增速為23.6%，其中，網絡購物增長23.9%，成為推動電子商務市場發(fā)展的重要力量之一[1]。繁榮的交易背后離不開大量用戶和網店管理者的積極參與，也離不開交易管理、倉儲管理、物流管理等系統(tǒng)的高效支持。

當前電子商務與現(xiàn)代物流的蓬勃發(fā)展對倉儲管理系統(tǒng)提出了新的需求。早期的倉儲管理是簡單、靜態(tài)的對貨物儲存的管理，主要依靠人工記憶和手工錄入，不但費時費力，而且容易出錯。隨著信息技術的發(fā)展，手工記賬逐漸轉變成電子記賬，通過信息化手段對倉儲管理中的入庫、出庫、庫位、庫存等全方位的記錄與分析，解決了倉儲管理中賬目不清晰的問題[2-4]。RFID技術及人工智能的發(fā)展又推動倉儲管理向自動化、智能化發(fā)展[5-10]。現(xiàn)階段電子商務的發(fā)展又對倉儲管理提出新的要求，鑒于電商企業(yè)經常會做一些公開的促銷活動的經營特點，銷售訂單在活動期間會呈幾何級數的增長，傳統(tǒng)的人工審核銷售單或手工添加庫存信息已經不能適應經營需求，需要開發(fā)新的功能以盡量避免手工作業(yè)，也避免高并發(fā)時用戶需要等待的情形。

對于電商企業(yè)來講，高并發(fā)是一種“甜蜜的煩惱”，電商企業(yè)對此是既歡迎又擔心。大量用戶能在自己的平臺上蜂擁購物，顯然是電商企業(yè)追求的目標，但高并發(fā)會形成對服務器資源的持續(xù)性占有，當并發(fā)數超過一定臨界點后，會造成服務器阻塞，導致應用系統(tǒng)性能直線下降，可能影響用戶的購物體驗。對于注重用戶體驗感的電商企業(yè)來講，高并發(fā)的處理尤為關鍵，因而在技術架構的設計上要充分考慮到這些因素。

1 系統(tǒng)需求分析

圍繞倉儲管理的自動化、智能化，學者們開展了眾多研究，基于RFID技術的倉儲管理系統(tǒng)能進行托盤、包裝箱、貨物信息的自動收集[5-6]；人工智能技術促進了倉庫的布局優(yōu)化、成本控制[7-10]。

當前對倉儲管理研究與實踐的重點是與電子商務、現(xiàn)代物流的對接[11-12]。在倉儲管理與電子商務的對接中，客戶(買家)、網上店鋪(賣家)及倉儲管理系統(tǒng)是三個獨立又相關的部分?？蛻敉ㄟ^網上店鋪下單，賣家將訂單轉發(fā)至倉儲管理系統(tǒng),倉儲管理系統(tǒng)對訂單進行審核，并將審核結果返回給賣家及客戶，如圖1所示。傳統(tǒng)的訂單處理是由人工審核的，在高并發(fā)時會出現(xiàn)較長的等待審核時間，存在著性能瓶頸。

隨著電子商務的發(fā)展，倉儲管理的性能及安全性得到越來越多的重視，在淘寶、京東等大型購物網站上也得到了實踐應用。淘寶、京東的“雙十一”大促，要求倉儲管理系統(tǒng)實時性高、響應快、能解決高并發(fā)問題。企業(yè)通常會從兩方面來解決應用系統(tǒng)的高并發(fā)負載壓力，一是提升服務器的硬件配置水平，如購買性能更加優(yōu)良的服務器，更大內存、更快速的CPU，更多的CPU個數等；二是優(yōu)化應用系統(tǒng)的架構設計，提高服務器資源的利用率，降低用戶請求的資源占有率，從而提升系統(tǒng)的并發(fā)承載能力。從中小企業(yè)的角度來看，考慮到成本問題，大型購物網站所選用的拆分系統(tǒng)、災備切換、 分流(水平擴展)、限流(超預期流量)等技術方案很難直接應用于中小型電商網站。另外，如果把自己的業(yè)務托管到大型購物平臺，如京東、淘寶等，那么自己的客戶資源就會被暴露出來，無形中降低了競爭力。因而,如何在適度成本下為中小型電商企業(yè)設計并開發(fā)高效、安全的獨立倉儲管理系統(tǒng)，有著現(xiàn)實的需求。

針對這類需求，本研究設計并開發(fā)基于Redis的高并發(fā)倉儲管理系統(tǒng)(WareHouse Management System, WMS)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了倉儲管理系統(tǒng)入庫、出庫、庫存管理等基本功能，并具有如下特性：

(1) 該WMS系統(tǒng)獨立于已有ERP系統(tǒng)，并通過接口進行對接；

圖1 具有自動審核訂單功能的倉儲管理系統(tǒng)

(2) 采用基于JWT的Token認證機制在用戶和服務器間傳遞信息，節(jié)約系統(tǒng)開銷；

(3) 銷售出庫管理模塊采用Lumen框架的隊列和Redis緩存技術實現(xiàn)高并發(fā)控制。

2 系統(tǒng)功能概述

本系統(tǒng)設計倉儲管理系統(tǒng)在入庫操作中，自動給出倉庫空余庫位的信息，增加入庫操作的執(zhí)行效率；在出庫操作中，采用Lumen框架中的隊列和Redis高并發(fā)數據處理技術，實現(xiàn)出庫操作的高并發(fā)處理，解決人工記錄時間成本大、效率低、錯誤率高的問題，以及已有中小型WMS系統(tǒng)無法實現(xiàn)的高并發(fā)問題；此外，出庫、入庫的自動化操作，可以合理給出庫存調度的方案，使得庫存盤點、報表生成省時省力。綜合上面分析，最終所設計的系統(tǒng)分成基礎信息管理、權限管理、銷售出庫管理、入庫管理、庫存管理、接口管理及報表統(tǒng)計等七大模塊，功能模塊如圖2所示。

圖2 倉儲管理系統(tǒng)功能模塊

3 主要技術實現(xiàn)方法

3.1 API接口與第三方平臺對接

本系統(tǒng)有完善的API接口，可以通過接口和ERP、進銷存等其他第三方平臺實現(xiàn)對接，完成銷售單，采購單自動接收操作，避免訪問第三方平臺數據庫，增強了系統(tǒng)的通用性；同時避免手動添加單據，以減少用戶的工作量。平臺方傳遞到WMS系統(tǒng)的接口設置如表1所示。

下面介紹本倉儲管理系統(tǒng)與已有第三方平臺的通信過程。系統(tǒng)需要接收的數據有兩個，分別是接收第三方平臺發(fā)送的銷售單，作為倉儲管理系統(tǒng)出庫操作的啟動事件；接收第三方平臺發(fā)送的采購單，作為倉儲管理系統(tǒng)入庫操作的啟動事件。以接收銷售單為例，介紹本系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)對接的算法。

表1 平臺方傳遞到WMS系統(tǒng)的參數說明

首先，介紹兩個系統(tǒng)間數據傳遞格式及內容。

本倉儲管理系統(tǒng)開放一個接口，供第三方平臺發(fā)送銷售單信息。兩個系統(tǒng)之間采用JSON格式傳遞數據。JSON(JavaScript Object Notation)是一種輕量級的數據交換格式，JSON數據格式簡單，讀寫方便；且JSON格式壓縮，占用資源少，便于網絡傳輸。

經雙方協(xié)議，發(fā)送數據格式為報文、密文、客戶編號和時間戳。其中，報文是銷售單信息，包括銷售單號、銷售商品信息等信息；加密簽名是將商家編號、報文、密鑰按照協(xié)議的順序，進行MD5加密后的內容；客戶編號是倉儲管理系統(tǒng)已登記的客戶編號；時間戳是第三方平臺發(fā)送請求時的時間戳;密鑰由第三方平臺和倉儲管理系統(tǒng)共享。倉儲管理系統(tǒng)接收到JSON數據后，會對其進行驗證解析。接著，WMS接收第三方平臺所發(fā)送的JSON格式數據后，JSON數據進行解析，獲得客戶編號、請求時間戳、訂單信息和密文。為了驗證數據網絡傳輸的完整性，需要對獲得數據進行驗證。密文驗證的目的是驗證網絡傳輸數據時，有無丟失數據，WMS利用密鑰加密后的報文和加密簽名相同，則可保證網絡傳輸數據的完整性。最后，驗證報文信息。首先對獲得Http格式的字符串進行解碼，將信息轉換成字符串數組，獲取存放在報文中的各項訂單信息。接著，從數據庫中查詢報文解析出的訂單號，根據訂單實際情況，返回“審核中”“審核通過”“訂單重復發(fā)送”“訂單數據不正確”等信息給第三方平臺。

3.2 基于JWT的Token認證

系統(tǒng)采用基于JWT(JSON Web Token)的Token認證機制實現(xiàn)用戶和服務器之間的信息傳遞。一旦用戶完成了登陸，在接下來的每個請求中包含JWT，用來驗證用戶身份以及對路由、服務和資源的訪問權限進行驗證。

傳統(tǒng)的用戶登錄認證中，通常采用session方式。用戶登錄成功，服務端會保存一個session，客戶端會把sessionId保存在cookie中，每次請求都會攜帶這個sessionId?！癱ookie+session”模式通常是保存在內存中，隨著用戶量的增多，開銷就會越大，不適用高并發(fā)場景。JWT認證只需服務端生成token，客戶端保存這個token，每次請求攜帶這個token，服務端認證解析即可。JWT的構成非常簡單，字節(jié)占用很小，便于傳輸，它不需要在服務端保存會話信息，易于應用的擴展。

以登錄功能為例，前端接收用戶輸入的賬戶和密碼，通過ajax post傳遞到后端指定的URL登錄接口，后端接收到數據后，訪問數據庫服務器，驗證賬戶密碼是否合法，若合法，返回token令牌到前端，之后的用戶操作都需要進行token認證，如圖3所示。

圖3 基于JWT的Token認證

3.3 具有高并發(fā)性能的出庫管理方案設計

在傳統(tǒng)處理訂單模式中，ERP系統(tǒng)將訂單信息發(fā)送給倉儲管理系統(tǒng)，倉儲管理系統(tǒng)讀取庫存，判斷庫存是否符合要求，增減庫存，然后修改訂單，完成上述一系列操作后才會返回訂單處理結果，如圖4所示。它的缺點是高并發(fā)狀態(tài)下，用戶等待系統(tǒng)處理時間過長。

為了解決高并發(fā)問題，本系統(tǒng)的設計方案是：ERP推送訂單，倉儲管理系統(tǒng)審核訂單信息是否完整，如果訂單信息符合要求，則將訂單信息存入隊列池，同時通知ERP系統(tǒng)接單成功。這樣做的好處是可以及時對用戶操作做出響應，提高用戶的體驗感。接著系統(tǒng)使用Lumen框架下的隊列來依次處理訂單，完成判斷庫存，增減庫存，修改訂單一系列操作，如圖5所示。

圖4 傳統(tǒng)的WMS出庫訂單處理模式

圖5 本倉儲管理系統(tǒng)的出庫訂單處理模式

雖然該設計可以及時對客戶訂單做出響應，但存入隊列池的訂單，還需進行判斷庫存等一系列操作，又需要依次從隊列池讀取訂單信息，頻繁讀寫數據庫操作會造成系統(tǒng)性能下降，所以將隊列放到Redis緩存中，加快訂單處理速度。在完成判斷庫存、增減庫存、修改訂單等一系列操作后，倉儲管理系統(tǒng)會異步通知ERP系統(tǒng)訂單的處理結果。

3.3.1高并發(fā)性能的出庫管理實現(xiàn)流程 第一步，ERP系統(tǒng)向倉儲管理系統(tǒng)發(fā)送訂單。第二步，WMS系統(tǒng)接收到訂單，解析出訂單信息進入隊列，存儲在MySQL的jobs表中，如圖6所示，同時系統(tǒng)給第三方平臺發(fā)送“待審核”消息，表示已經收到訂單。接著按隊列中的順序逐一讀取jobs表中的訂單信息，完成各個訂單的審核流程。第三步，審核隊列中的訂單。在與第三方對接模塊驗證銷售單格式合法性后，就將訂單信息推送到系統(tǒng)隊列中。隊列先判斷當前訂單的貨物數量是否足夠，若足夠就鎖定庫存數量、更新庫存信息。第四步，訂單處理后，異步返回客戶“等待關聯(lián)發(fā)貨單”。

圖6 隊列池中的訂單信息

3.3.2Redis緩存技術實現(xiàn)出庫操作 需指出的是，將訂單信息存入jobs表進行隊列排隊，訂單審核時，又要從jobs表中讀取銷售單信息，在大批量訂單高并發(fā)時，頻繁地寫入和讀取數據表中數據，會導致系統(tǒng)性能降低。故本系統(tǒng)提出采用Redis技術提高系統(tǒng)的性能。

Lumen框架支持當前流行的緩存后端，可以為各種不同的緩存系統(tǒng)提供統(tǒng)一的API，如Memcached和Redis。本系統(tǒng)選用Redis內存數據庫解決高并發(fā)問題。

Redis的配置步驟

(1) 安裝Redis

(2) 通過Composer安裝predis/predis

(3) 在wmsvendorlaravellumen-frameworkconfigdatabase.php文件中添加redis設置：

'redis' => [

'cluster' => false,

'default' => [

'host' => '127.0.0.1',

'port' => 6379,

'database' => 0,

]

如果redis和web服務器不是同一臺機器，需要更改IP和相應端口。

在Lumen框架中配置Redis緩存，Mysql數據庫中保存隊列信息的jobs表中的數據就會存儲在Redis內存數據庫中，對銷售單信息的寫入和讀取就在內存上進行，以保證高并發(fā)狀態(tài)下，系統(tǒng)的實時性和有效性。

4 結語

本研究所設計的系統(tǒng)具有三大特點：本系統(tǒng)實現(xiàn)了API接口開發(fā)，只要按照接口文檔接收和發(fā)送數據，就可以和任意第三方平臺進行對接，從而有效降低開發(fā)成本。平臺具有較強的通用性，具有廣闊的應用前景。本系統(tǒng)采用基于JWT的Token認證機制實現(xiàn)用戶和服務器之間的信息傳遞。一旦用戶完成了登錄，服務端只需生成token，客戶端保存這個token，每次請求攜帶這個token，服務端認證解析即可。這種方式不需要在服務端保存會話信息，緩解服務器壓力，易于應用的擴展。本系統(tǒng)基于Lumen隊列和Redis緩存技術處理出庫訂單，系統(tǒng)在接到第三方銷售單驗證通過后，立即返回用戶“待審核”狀態(tài)，并同將銷售單信息存入隊列等待處理，該策略將出庫隊列的寫入和讀取放在Redis內存數據庫中進行，減少了程序讀寫MySQL數據庫的次數，提高了運行速度。同時，使用隊列單線程處理銷售訂單，修改庫存信息，確保了數據的一致性。