孫景玉，孫 浩，高婷玉，秦雯波，陳虹云

（南通理工學院 江蘇 南通 226000）

0 引言

隨著電子商務(wù)的普及，人們的購物方式、消費方式和生活方式發(fā)生了翻天覆地的改變，手機或是電腦可以隨時隨地使用互聯(lián)網(wǎng)，電子商務(wù)交易量也因此翻了幾倍。而電商平臺通過跨地域的低價銷售模式，在交易的過程中提供專業(yè)服務(wù)，不僅有效地降低了成本，還吸引了大量的客戶[1]。各大電商平臺所推出的秒殺活動更是以低廉的價格、有限的商品和超短的銷售時間吸引消費者的注意，無形中增加顧客的購買欲望，如廣為熟知的淘寶、京東、拼多多等大型電商平臺，為了提高客戶的體驗，增強平臺的高可用性，吸收新用戶、提高收益率，推出低價的“秒殺”業(yè)務(wù)，短時間內(nèi)為電商平臺帶來巨大流量以及消費收益，因此秒殺活動越來越受電商平臺的重視。但是，電商平臺的秒殺系統(tǒng)需要面對短時間內(nèi)激增的流量壓力、網(wǎng)絡(luò)作弊（如秒殺機器人）和線程超賣等問題[2]。對于大型電商企業(yè)而言，由于自身資金雄厚，可以選擇自主研發(fā)文件存儲系統(tǒng)、緩存系統(tǒng)以及負載均衡系統(tǒng)，投入大量人力、物力和財力，從軟件、硬件各個方面去解決這些問題。對于中小型電商平臺來說，在面對限時促銷、秒殺等這些高并發(fā)場景的時候，如果不對系統(tǒng)做出性能優(yōu)化處理，那么系統(tǒng)就會輕而易舉地陷入異常狀態(tài)，從而造成收益損失[3]。

由此看來，高效準確地處理高并發(fā)請求，優(yōu)化用戶使用體驗，并且向客戶提供專業(yè)、可靠以及準確的服務(wù)，是目前各大電商平臺亟待解決的問題。

1 高并發(fā)解決技術(shù)方案

鑒于此，文章從現(xiàn)實需求出發(fā)，通過研究秒殺活動的高并發(fā)以及線程超賣等問題，對秒殺進行性能優(yōu)化，設(shè)計出高性能的秒殺系統(tǒng)。文章采用以下關(guān)鍵技術(shù)：

1.1 Redis緩存方案

為了提高頁面的響應(yīng)速度，以及讓系統(tǒng)能夠適應(yīng)高并發(fā)的場景，需要設(shè)計使用緩存方案。頁面優(yōu)化方面主要使用頁面緩存+URL緩存+對象緩存。開發(fā)的瓶頸在于數(shù)據(jù)庫，需要想辦法減少對數(shù)據(jù)庫的訪問，所以需要使用緩存，通過各種不同粒度的緩存細化方案，提高響應(yīng)速度。此外可以讓頁面靜態(tài)化，將HTML緩存到客戶端。Redis是一個基于內(nèi)存操作、運行速度非常快、讀寫性能極高的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，可以存儲鍵（key）與多種值（value）之間的映射，支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲如list、set、zset、hash等[4]。Redis的強大之處就是它具有極高的讀寫性能，根據(jù)官方資料顯示，讀取的速度可達110 000次/s，寫的速度可達81 000次/s。同時，Redis的所有操作都是原子性的，要么全部執(zhí)行成功，要么失敗回滾[5]。單個操作是原子性的，多個操作也支持事務(wù)，并且完全開源免費。

1.2 消息隊列

為了解決不同業(yè)務(wù)流程之間的通信，引入了第三方消息中間件，實現(xiàn)系統(tǒng)的異步下單、流量削峰，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度和運行效率，進一步提高用戶體驗感。消息中間件是基于隊列與消息傳遞技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中為應(yīng)用系統(tǒng)提供異步、可靠的消息傳輸?shù)闹涡攒浖到y(tǒng)[6]。本系統(tǒng)使用的是RabbitMQ作為第三方消息中間件，整合SpringBoot框架，具有一定的獨立性，RabbitMQ也是市面上比較流行的一款消息中間件，是基于AMQP協(xié)議的開源消息中間件，具有很好的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)一致性以及可靠性，整合SpringBoot框架開發(fā)后，可以非常方便地面向消息中間件進行對應(yīng)的開發(fā)。

1.3 輕量級開發(fā)框架技術(shù)

采用當前互聯(lián)網(wǎng)公司常用的前后端分離協(xié)作的開發(fā)方式，結(jié)合主流的SpringBoot、Mybatis、SpringMVC輕量級的膠水框架，實現(xiàn)系統(tǒng)前、后端的分別開發(fā)。針對Spring缺點進行改善和優(yōu)化，遵循約定大于配置的思想，讓開發(fā)者不再需要在業(yè)務(wù)邏輯和配置之間進行思維的切換，可以專心于業(yè)務(wù)邏輯的編寫，從而大大提高開發(fā)的效率[7-8]。

1.4 加密技術(shù)

用戶以及商家信息數(shù)據(jù)的安全對于電商系統(tǒng)來說是個極其重要的問題。如果系統(tǒng)安全問題不能保證，就會給用戶以及商家?guī)聿槐匾膿p失，通過隱藏秒殺接口地址，秒殺接口防刷限流等一系列操作來對系統(tǒng)進行安全優(yōu)化，防止非法用戶闖入以及非法請求破壞系統(tǒng)，造成不可挽回的損失。同時使用MD5進行二次加密，第一次加密用戶密碼，第二次采用密碼“加鹽”，也就是在加密完密碼之后，在密碼的不同位置插入不同的值，再進行一次MD5加密，確保用戶信息安全。

2 需求分析

電商秒殺系統(tǒng)包括秒殺商城前臺系統(tǒng)以及電商后臺管理系統(tǒng)。使用角色是參與秒殺活動的用戶以及商城后臺的管理員。對于秒殺商城前臺系統(tǒng)，不但要實用、操作簡便，以方便用戶使用，還要可以滿足高并發(fā)場景下的秒殺業(yè)務(wù)需求，防止數(shù)據(jù)庫宕機或者線程超賣，給商家以及平臺帶來損失。而電商后臺管理系統(tǒng)，是針對商城管理人員所設(shè)計的，主要用于對用戶信息、商品信息、秒殺商品以及訂單信息的管理。通過后臺管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)商家對店鋪的管理，直觀地體現(xiàn)出每日訂單量、總銷售量以及用戶量，能夠更好地協(xié)助管理者對商城的管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計

針對秒殺問題的解決方案，文章設(shè)計并實現(xiàn)一款電商秒殺系統(tǒng)進行驗證。系統(tǒng)分為秒殺前臺系統(tǒng)和管理后臺系統(tǒng)。秒殺前臺系統(tǒng)的主要功能包括登錄、瀏覽商品、查看商品詳細信息（包含秒殺功能）、生成訂單、支付訂單。后臺管理系統(tǒng)的功能包括商品管理、秒殺商品管理、秒殺用戶管理、秒殺訂單管理、管理員管理等。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖1、圖2所示。

圖1 用戶端功能設(shè)計圖

圖2 管理端功能設(shè)計圖

3.1 用戶端功能設(shè)計

（1）注冊、登錄。通過輸入用戶名（手機號）、密碼，進行登錄。若沒有賬號，則需要到注冊界面輸入手機號碼、密碼以及確認密碼進行注冊，注冊成功后再去登錄。

（2）商品瀏覽。展示參與秒殺活動的商品信息，包括商品名稱、商品圖片和商品價格、秒殺價格和商品庫存。

（3）秒殺商品詳情。商品詳情頁面可以展示商品名稱、商品圖片、秒殺開始時間、秒殺狀態(tài)（未開始/進行中/已結(jié)束）、商品原價、秒殺價格、庫存數(shù)量、驗證碼以及秒殺按鈕。秒殺流程圖如圖3所示。

圖3 秒殺流程圖

（4）訂單詳情。主要展示訂單的信息，包括商品名稱、商品圖片、訂單原價、下單時間、訂單狀態(tài)、收貨人、收貨地址。

3.2 管理員端功能設(shè)計

（1）管理員登錄/退出。

（2）商品管理。管理員可以對商城的商品進行操作，可以增加商品、修改商品信息、刪除商品、查詢商品。

（3）用戶管理。管理員可以查看用戶列表，可以查看到用戶的手機號、用戶名、最近一次的登錄時間、登錄次數(shù)以及用戶狀態(tài)。管理員也可以修改用戶的信息、可以根據(jù)用戶的手機號搜索用戶。

（4）秒殺管理。管理員可以添加參與秒殺活動的商品，或者刪除已經(jīng)秒殺結(jié)束的商品。可以對秒殺商品的信息進行修改，對秒殺商品進行查詢。

（5）訂單管理。管理員可以對訂單信息、秒殺訂單信息進行修改，也可以根據(jù)手機號查詢用戶的訂單。

（6）銷售統(tǒng)計。管理員登錄后在控制臺可以查看銷售總額、訂單總數(shù)、用戶數(shù)量。

4 性能測試

當軟件開發(fā)到一定程度時，要對其自身性能進行測試，從而有效發(fā)現(xiàn)軟件中存有的缺陷，使軟件產(chǎn)品自身品質(zhì)得到有效提升，并對其功能進行不斷完善[9]。性能測試主要基于靜態(tài)與動態(tài)資源的程序，如靜態(tài)資源文件、Servlet JAVA對象、數(shù)據(jù)庫、FTP服務(wù)器等[10]。文章使用Jmeter工具對電商秒殺系統(tǒng)的秒殺接口進行壓力測試，分別記錄沒做優(yōu)化之前與做了優(yōu)化之后秒殺接口的QPS（吞吐量）。步驟如下：

（1）生成腳本。編寫JAVA代碼使用JDBC的方式連接數(shù)據(jù)庫，生成對應(yīng)數(shù)據(jù)，添加線程組基于對性能測試用例的分析數(shù)據(jù)。

（2）創(chuàng)建線程組，設(shè)置線程數(shù)。新建一個線程組，設(shè)置線程數(shù)為1 000，循環(huán)次數(shù)10次。

（3）添加HTTP請求，添加聚合報告。依次選擇添加、取樣器、HTTP請求，并且添加一個聚合報告來查看系統(tǒng)QPS（吞吐量）。

（4）新建CSV Data，導入腳本。選擇新建CSV Data選項，將錄制好的腳本token.txt導入，點擊開始，完成之后可以查看聚合報告。

秒殺詳情界面如圖4所示，性能測試得出的聚合報告如圖5、圖6所示。

圖5 未優(yōu)化前的結(jié)果

圖6 優(yōu)化后的結(jié)果

對比兩次壓測結(jié)果可以看出優(yōu)化后吞吐量明顯提升，系統(tǒng)的抗并發(fā)能力明顯提高。

5 結(jié)語

文章研究了秒殺活動的高并發(fā)場景特點，提出了基于Redis的緩存方案，對秒殺接口進行優(yōu)化、頁面靜態(tài)化以及簡化數(shù)據(jù)庫設(shè)計，設(shè)計出了高性能的秒殺系統(tǒng)。不僅讓電商系統(tǒng)可以承受住秒殺活動所帶來的高并發(fā)量，同時還能解決線程超賣問題、訪問超時、服務(wù)癱瘓等問題，有效地維護商家利益，進而讓用戶擁有更好的購物體驗。