一次抢购的负载优化

- 日理万妓 2023-07-18 02:41 10阅读 0赞

#### 前言 ####

由于这次令人讨厌的疫情，导致口罩一罩难求，虽然各大厂商都在努力生产，但是毕竟僧多粥少，也幸好疫情快要结束了，也希望早点结束。因为口罩实在难以购买，所以很多地方的口罩采用统一调配，但是如何把口罩发放到大众手里，也成为了一个问题，所以预约购买成了最为安全的购买方式，购买后可以邮寄到家或者根据选择的时间段到店自提，但是由于购买人数过多，也带来了一个新的问题，服务器并发的问题，至少我在二月份参与了很多预约购买口罩的平台，没有一个平台不崩溃的，大多都是10几分钟了，就没有正常请求过服务器一次，不过幸好现在大部分平台已经调整为抽签的形式，而不是之前的先到先得规则，这样相对于先到先得更加公平，不受限于网络和运气，因为我们公司也做了相应的预约平台，不过由于客户要求先到先得原则，所以了本文。不过由于使用我们平台的用户并没有一线城市那么夸张，动不动几百万人同时抢购，而且我们平台的服务器也没有那么好的配置，所以本文的方式只是在几万人同时抢购的情况下测试过，当然其中思路还是可以参考的一下的，毕竟没有万金油，负载优化肯定是要根据实际情况来处理的

#### 要求 ####

首先第一个要求是不能超发，第二个要求是尽可能提交成功的失败率不会太高，也就是说不要100人都提交成功了，但是最后只有一个人抢到了口罩，第三就是要求服务器不要崩溃，尽可能的不要出现请求服务器失败的情况。

首先一个要求解决方案：因为考虑到大并发的情况的，而且还做了负载均衡，所以要么采用分布式锁或者队列，

##### 分布式锁 #####

分布式锁的优点是可以实时知道抢购结果，坏处就是性能低下，处理不好容易造成服务器压力过大。

分布式锁可以采用zookeeper，当然还有别的分布式中间件或者框架，千万别直接用语言自带的锁，做了负载均衡后，这个锁是不适用的，当然如果采用分布式锁的方式，一定要注意处理时间和预判，也就是说比如库存10个，那么理论上来说你有10请求到了，后面请求就应该直接说没有库存了，不然又有锁，又不预判，最终结果就是服务器被拖死，所有请求都需要到锁里面去执行逻辑。

##### 队列 #####

队列的好处就是你把请求扔进队列里面，就可以给客户反馈了，最终处理交给队列的消费者来处理就好，坏处就是不能实时知道处理结果，另外消费者也只能配置一个，注意查看一下所用的消息队列的文档，如果队列消费者是有支持多线程消费的，也要加分布式锁，如果需要配置多个消费者一样，需要在消费者中使用分布式锁，也可以直接用数据库乐观锁，不过大并发情况下到底是分布式锁效率高还是乐观锁效率高，还是要根据时间情况来分析，当然仅仅是分析是没用的，还要进行测试。当然用队列的方式也最好加一个库存预判，不然会出现很多人提交成功，但是却只有少数人能抢购到，如果有预判，首先可以降低消息数量，降低消费者运行时间，第二也不用让人一直期待

第二个要求解决方案就是加库存预判，我们在redis里面也保存了一分库存数据，每次有人提交先判断redis库存，如果有就马上扣减然后扔队列，当然因为redis的锁一直有问题，所以预判的库存肯定不会准确，但是影响不大，因为最终成功是在消息队列里面处理，不会出现超发

第三个就是简单来说就是尽可能的增加服务器并发量，当然前面2个问题的处理方式已经一定程度上增加了并发量，但是却远远不够，所以为了增加并发量，还要继续优化代码和做负载均衡

#### 代码优化 ####

##### 前端 #####

首先前端因为是网页的（小程序更新版本审核太麻烦，不符合我们快速迭代要求）

*  CDN

首先可以使用cdn，不然所有请求都到我们服务器，宽带能否承受变成了一个问题，毕竟一个网页请求的数据量跟普通接口数据量差别还是挺大的

*  代码压缩

第二就是代码压缩，压缩之后能减少传输的数据量，虽然看起来可能只少了几十K，但是把这几十K放大几万倍也是不小的网络开销了（压缩包括图片，字体等各种前端资源）

*  本地缓存

第三就是不常更新的数据做本地缓存，比如用户信息等，这样就不用每次都请求接口了，不过要注意缓存失效，如果是放在localStorage里面一定要主动做失效控制，否则数据会导致数据一直不更新

由于不是专业前端，所以就只能想到这几个优化办法（因为处理这块的时候还没有开始上班，而且前端页面不复杂，所以就由我开发了）

##### 后端 #####

*  缓存

首先数据能放缓存就尽量放缓存，避免经常查询数据库，但是也要注意缓存失效的问题，如果数据库有更新，一定要更新缓存，另外还要注意缓存击穿的问题，当然有些缓存数据不用一定准确，比如之前提到的抢购的时候的库存预判，为了性能只能让缓存跟数据库不同步，只要最终处理结果正确就行

*  计算优化

这个优化程度倒是不是特别多，当然如果懂就更好了，写出更符合jvm优化的代码，不过一般代码规划好的工程师写出来的代码也差不多符合这些要求，不过也要检查是否有可以优化的地方

*  接口合并

有时候一个页面需要请求多个接口获取数据，可以考虑同一个接口返回多个接口返回的数据，这样虽然单次请求时间会延长，但是确能降低请求量，也不失为一种增加并发的方法

*  配置优化

主要是数据库、消息队列、缓存等连接池线程数量的优化，比如你配置的线程池最大只有10个线程，那么不管怎么样，你同一时间段都只能处理10个人的请求（这里的请求只是针对需要用到这些线程的），当然这些配置也不是越大越好，首先考虑一个切换成本，第二就是有了负载后，数据库这些本身的最大连接数，比如你数据库本身最大连接数是100，你给程序数据库连接池配置了1000，那么也没用，因为数据库只能接收你100个连接，最终也只有100个连接才能正常使用

##### 中间件优化 #####

*  Tomcat优化

优化jvm参数（堆栈初始化大小等），优化了tomcat的线程池配置

*  数据库优化

启用MySQL缓存（如果是读明显大于写很多的情况，可以用这个，可以加快查询数量，如果是写跟读差不多，那也要考虑开启后带来的负面影响，增加了写入成本），增加最多连接数量等

由于中间件采用的各不相同，所以只能根据实际情况和硬件配置等来具体优化，切记不能千篇一律的照抄，毕竟别人的配置不一定就适合你的服务器，比如别人机器64核，所以给nginx开64个工作线程，但是你的机器只有16核，你也去开64个线程，这样不会更快，反而更慢

#### Nginx ####

由于Nginx是主要的负载软件，所以讲一下Nginx的相关配置，本文只设计到配置理论，不会出具体配置，还是那句话，具体情况下具体配置，没有万金油

*  Nginx负载策略

Nginx 常用的负载策略有

*  轮询（默认方式）
 *  weight(权重)
 *  ip\_hash(根据IP分配)
 *  least\_conn（最少连接方式）
 *  fair(响应时间方式 第三方)
 *  url\_hash(根据URL分配 第三方)

由于服务器配置参差不齐，所以轮询、 ip-hash 、 least\_conn这几种策略明显不使用，毕竟这样会造成配置高的服务器接收请求少，而配置差的服务器反而接收了更多请求。urlhash也不符合我们使用场景，主要因为这样会造成不同的服务器处理不同的接口，无法有效把压力分散，毕竟所有压力都集中在1,2个接口上，所以不适合

最终适合我们的负载策略只有weight和fair，理论上fair是更适合的，因为响应时间才能反应一台服务器真正的压力，如果响应快，那么理所应当接收更多负载，毕竟很多时候一台服务器不只是一个服务，但是因为fair是第三方的，首先有效性还有待考证，其次就是这样的话nginx需要重新编译，而我们nginx已经编译了太多模块，上次编译的命令无法找回，导致担心重新编译会有问题（所以以后这些需要自行编译的软件，一定要记录编译命令，否则万一哪天需要更改，麻烦就来了），所以最终选择了weight，然后根据服务器的配置以及所运行的其他服务来设置了权重

*  Nginx其他配置优化

工作线程数量优化、worker\_connections和worker\_rlimit\_nofile 优化

#### 多层负载 ####

Nginx只是软件负载，但是一台服务器的再强，并发也是有限的，所以就需要用到多层负载。如果是真机，那么可以使用硬件负载，如F5、Array等硬件（由于不是专业运营，没有接触过这些高端玩意，也就知道这2个），如果是阿里云的服务器，也可以购买阿里云的负载均衡服务（其他云我不知道有没有，因为没用过），当然这2种办法都是需要增加成本的，所以还有一种免费的方法，就是DNS负载，配置简单，还不受限服务器配置，唯独一点不好的就是DNS负载不会监控服务健康状态，简单来说，假如你这台服务器挂了，那么请求该来的还是会来。多层负载用了之后的结果就是，可以有效的把请求分发到多台nginx服务器，可以避免单台nginx卡死，导致所有服务不可用

#### 出现过的问题 ####

*  Nginx单线程能处理的最大并发数问题

由于当时时间紧急，所以没有截图，原因是因为worker\_connections设置的太小，之前同事直接网上复制了一份配置，上面设置的是2048，由于之前系统没有很大的并发，所以也没有怎么关注这个配置，直到出了问题百度才知道，这个是单个工作线程能处理的最大并发量，比如我设置了10个工作线程，worker\_connections设置的2048，那么我nginx最大并发也就是20480，超过这个并发nginx就会抛异常提示，另外worker\_connections不能超过worker\_rlimit\_nofile，具体可以百度相关关键词来配置

*  Nginx主机CPU 100%导致全部卡住

这个问题一开始没有出现，后面抢购直接由县城升级到开放全市抢购的时候，问题来了，主Nginx的服务器CPU 100%一直不降，所有服务器都没有请求进来，说明nginx已经没有进行请求分发了，htop命令查询服务器状态，发现Nginx工作线程占用CPU都很高，还有其他一个服务，这2个程序已经吧CPU全部占用了，但是尽管Nginx占用了CPU，但是却没有执行分发，最后只能kill掉nginx，重启（restart命令已经没用了），原因是服务器配置明显不够（也有可能是nginx本身的版本的问题，因为版本比较老，理论上来说那么点并发是没有多大问题的），再加上另外一个服务也很占用资源，所以第一步是把另外一个服务迁移到其他服务器上，第二就是启用了DNS负载，当时也看了阿里云的负载服务，不过DNS负载能满足我们的需求，虽然没有阿里云的负载那么好用和智能，但是好在DNS负载是免费的\[笑着哭\]，而且配置也简单，这样从单台nginx变成多台，nginx就再也没有卡死了（虽然是因为并发也不够大，如果几千万的并发，我都不用想就知道，瞬间嘣了）

#### 结尾 ####

虽然没有很夸张的动辄几千万，几个亿的负载优化，但是我想所有开发都是一步一步来的，没有谁没有经历过几十万的负载，就去坐几百万的负载优化，从无到有，从一万到十万再到百万，我想就算阿里的工程师，也是这样一步一步发现问题并想办法解决的，另外实验才是检验真理的唯一准则，最适合自己的配置都是各个配置之前真实对比才得出来的。同时也希望此文能给阅读的你带来一点帮助