[Skr-Shop]购物车之架构设计

分手后的思念是犯贱 2023-07-22 15:28 101阅读 0赞

来还债了，希望大家在疫情中都是平安的，回来的时候公司也还在！

> skr shop是一群底层码农，由于被工作中的项目折磨的精神失常，加之由于程序员的自傲：别人设计的系统都是一坨shit，我的设计才是宇宙最牛逼，于是乎决定要做一个只设计不编码的电商设计手册。

**项目地址：https://github.com/skr-shop/manuals**

在上一篇文章 [购物车设计之需求分析][Link 1] 描述了购物车的通用需求。本文重点则在如何实现上进行架构上的设计（业务+系统架构）。

# 说明 #

架构设计可以分为三个层面：

*  业务架构
 *  系统架构
 *  技术架构

快速简单的说明下三个架构的意思；当我们拿到购物车需求时，我们说用Golang来实现，存储用Redis；这描述的是技术架构；我们对购物车代码项目进行代码分层，设计规范，以及依赖系统的规划这叫系统架构；

那业务架构是什么呢？业务架构本质上是对系统架构的文字语言描述；什么意思？我们拿到一个需求首先要跟需求方进行沟通，建立统一的认知。比如：规范名词（购物车中说的商品与商品系统中商品的含义是不同的）；建立大家都能明白的模型，购物车、用户、商品、订单这些实体之间的互动，以及各自具备什么功能。

在业务架构分析上有很多方法论，比如：领域驱动设计，但是它并不是唯一的业务架构分析方法，也并不是说最好的。适合你的就是最好的。我们常用的实体关系图、UML图也属于业务架构领域；

这里需要强点一点的是，不管你用什么方式来建模设计，有设计总比没设计强，其次一定要将建模的内容体现到你的代码中去。

本文在业务架构上的分析借助了 `DDD` （领域驱动设计）思想；还是那句话`适合的就是最好的`。

# 业务架构 #

通过前面的需求分析，我们已经明确我们的购物车要干什么了。先来看一下一个典型的用户操作购物车过程。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbDEyaGU_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

在这个过程中，用户使用购物车这个载体完成了商品的购买流程；不断流动的数据是商品，购物车这个载体是稳定的。这是我们系统中的稳定点与变化点。

商品的流动方式可能多种多样，比如从不同地方加入购物车，不同方式加入购物车，生命周期在购物车中也不一样；但是这个流程是稳定的，一定是先让购物车中存在商品，然后才能去结算产生订单。

商品在购物车中的生命周期如下：

![过程][format_png]

按照这个过程，我们来看一下每个阶段对应的操作。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbDEyaGU_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

这里注意一点，加车前这个操作其实我们可以放到购物车的添加操作中，但是由于这部分是非常不稳定且多变的。我们将其独立出来，方便后续进行扩展而不影响相对比较稳定的购物车阶段。

> 上面这三个阶段，按照DDD中的概念，应该叫做实体，他们整体构成了购物车这个域；今天我们先不讲这些概念，就先略过，后面有机会单独发文讲解。

## 加车前 ##

通过流程分析，我们总结出了系统需要具备的操作接口，以及这些接口对应的实体，现在我们先来看加车前主要要做些什么；

加车前其实主要就是对准备加入的购物车商品进行各个纬度的校验，检查是否满足要求。

在让用户加车前，我们首先解决的是用户从哪里卖，然后进行验证？因为同一个商品从不同渠道购买是存在不同情况的，比如：小米手机，我们是通过秒杀买，还是通过好友众筹买，或者商城直接购买，价格存在差异，但是实际上他是同一个商品；

第二个问题是是否具备购买资格，还是上面说的，秒杀、众筹这个加车操作，不是谁都可以添加的，得现有资格。那么资格的检查也是放到这里；

第三个问题是对这个购买的商品进行商品属性上的验证，如是否上下架，有库存，限购数量等等。

而且大家会发现，这里的验证条件可能是非常多变的。如何构建一个方便扩展的代码呢？

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbDEyaGU_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

整个加车过程，重要的就是根据来源来区分不同的验证。我们有两种选择方式。

方式一：通过策略模式+门面模式的方式来搞定。策略就是根据不同的加车来源进行不同的验证，门面就是根据不同的来源封装一个个策略；

方式二：通过责任链模式，但是这里需要有一个变化，这个链在执行过程中，可以选择跳过某些节点，比如：秒杀不需要库存、也不需要众筹的验证；

通过综合的分析我选择了责任链的模式。贴一下核心代码

// 每个验证逻辑要实现的接口
    type Handler interface {
    	Skipped(in interface{}) bool // 这里判断是否跳过
    	HandleRequest(in interface{}) error // 这里进行各种验证
    }
    
    // 责任链的节点
    type RequestChain struct {
    	Handler
    	Next *RequestChain
    }
    
    // 设置handler
    func (h *RequestChain) SetNextHandler(in *RequestChain) *RequestChain {
    	h.Next = in
    	return in
    }

关于设计模式，大家可以看我小伙伴的github：https://github.com/TIGERB/easy-tips/tree/master/go/src/patterns

## 购物车 ##

说完了加车前，现在来看购物车这一部分。我们在之前曾讨论过，购物车可能会有多种形态的，比如：存储多个商品一起结算，某个商品立即结算等。因此购物车一定会根据渠道来进行购物车类型的选择。

这部分的操作相对是比较稳定的。我们挑几个比较重要的操作来讲一下思路即可。

### 加入购物车 ###

通过把条件验证的前置，会发现在进行加车操作时，这部分逻辑已经变得非常的轻量了。要做的主要是下面几个部分的逻辑。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbDEyaGU_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

这里有几个取巧的地方，首先是获取商品的逻辑，由于在前面验证的时候也会用到，因此这里前面获取后会通过参数的方式继续往后传递，因此这里不需要在读库或者调用服务来获取；

其次这里需要把当前用户现有购物车数据获取到，然后将添加的这个商品添加进来。这是一个类似合并操作，原来这个商品是存在，相当于数量加一；需要注意这个商品跟现存的商品有没有父子关系，有没有可能加入后改变了某个活动规则，比如：原来买了2个送1个赠品，现在再添加了一个变成3个，送2个赠品；

> 注意：这里的添加并不是在购物车直接改数量，可能就是在列表、详情页直接添加添加。

通过将合并后的购物车数据，通过营销活动检查确认ok后，直接回写到存储中。

### 合并购物车 ###

为什么会有合并购物车这个操作？因为一般电商都是准许游客身份进行操作的，因此当用户登录后需要将二者进行合并。

这里的合并很多部分的逻辑是可以与加入购物车复用的逻辑。比如：合并后的数据都需要检查是否合法，然后覆写回存储中。因此大家可以看到这里的关联性。设计的方法在某种程度上要通用。

### 购物车列表 ###

购物车列表这是一个非常重要的接口，原则上购物车接口会提供两种类型，一种简版，一种完全版本；

简版的列表接口主要是用在类似PC首页右上角之类获取简单信息；完全版本就是在购物车列表中会用到。

在实际实现中，购物车绝不仅仅是一个读取接口那么简单。因为我们都知道不管是商品信息、活动信息都是在不断的发生变化。因此每次的读取接口必然需要检查当前购物车中数据的合法性，然后发现不一致后需要覆写原存储的数据。

![购物车列表][format_png 1]

也有一些做法会在每个接口都去检查数据的合法性，我建议为了性能考虑，部分接口可以适当放宽检查，在获取列表时再进行完整的检查。比如添加接口，我只会检测我添加的商品的合法性，绝不会对整个购物车进行检查。因为该操作之后一般都会调用列表操作，那么此时还会进行校验，二者重复操作，因此只取后者。

## 结算 ##

结算包括两部分，结算页的详情信息与提交订单。结算页可以说是在购物车列表上的一个包装，因为结算页与列表页最大的不同是需要用户选择配送地址（虚拟商品另说），此时会产生更明确的价格信息，其他基本一致。因此在设计购物车列表接口的时候，一定要考虑充分的通用性。

这里另外一个需要注意的是：立即购买，我们也会通过结算页接口来实现，但是内部其实还是会调用添加接口，将商品添加到购物车中；有三个需要注意的地方，首先是这个添加操作是服务内部完成的，对于服务调用方是不需要感知这个加入操作的存在；其次是这个购物车在Redis中的Key是独立于普通购物车的，否则二者的商品耦合在一起非常难于操作处理；最后立即购买的购物车要考虑账号多终端登录的时候，彼此数据不能互相影响，这里可以用每个端的uuid来作为购物车的标记避免这种情况。

购物车的最后一步是生成订单，这一步最要紧的是需要给购物车加锁，避免提交过程中数据被篡改，多说一句，很多人写的Redis分布式锁代码都存在缺陷，大家一定要注意原子性的问题，这类文章网络上很多不再赘述。

加锁成功之后，我们这里有多种做法，一种是按照DB涉及组织数据开始写表，这适用于业务量要求不大，比如订单每秒下单量不超过2000K的；那如果你的系统并发要求非常高怎么办？

其实也很简单，高性能的三大法宝之一：异步；我们提交的时候直接将数据快照写入MQ中，然后通过异步的方式进行消费处理，可以通过通过控制消费者的数量来提升处理能力。这种方法虽然性能提升，但是复杂度也会上升，大家需要根据自己的实际情况来选择。

关于业务架构的设计，到此告一段落，接下来我们来看系统架构。

# 系统架构 #

系统结构主要包含，如何将业务架构映射过来，以及输出对应输入参数、输出参数的说明。由于输入、输出针对各自业务来确定的，而且没有什么难度，我们这里就只说如何将业务架构映射到系统架构，以及系统架构中最核心的Redis数据结构选择以及存储的数据结构设计。

## 代码结构 ##

下面的代码目录是按照 `Golang` 来进行设计的。我们来看看如何将上面的业务架构映射到代码层面来。

├── addproducts.go
    ├── cartlist.go
    ├── mergecart.go
    ├── entity
    │   ├── cart
    │   │   ├── add.go
    │   │   ├── cart.go
    │   │   └── list.go
    │   ├── order
    │   │   ├── checkout.go
    │   │   ├── order.go
    │   │   └── submit.go
    │   └── precart
    ├── event
    │   └── sendorder.go
    ├── facade
    │   ├── activity.go
    │   └── product.go
    └── repo

外层有 `entity`、`event`、`facade`、`repo`这四个目录，职责如下：

**entity**: 存放的是我们前面分析的购物领域的三个实体；所有主要的操作都在这三个实体上；

**event**: 这是用来处理产生的事件，比如刚刚说的如果我们提交订单采用异步的方式，那么该目录就该完成的是如何把数据发送到MQ中去；

**facade**: 这儿目录是干嘛的呢？这主要是因为我们的服务还需要依赖像商品、营销活动这些服务，那么我们不应该在实体中直接调用它，因为第三方可能存在变动，或者有增加、减少，我们在这里进行以下简单的封装(设计模式中的门面模式)；

**repo**: 这个目录从某种程度上可以理解为 `Model`层，在整个领域服务中，如果与持久化打交道，都通过它来完成。

最后外层的几个文件，就是我们所提供的领域服务，供应用层来进行调用的。

> 为了保证内容的紧凑，我这里放弃了对整个微服务的目录介绍，只单独介绍了领域服务，后续会单独成文介绍下微服务的整个系统架构。

通过上面的划分，我们完成了两件事情：

1.  业务架构分析的结构在系统代码中都有映射，他们彼此体现。这样最大的好处是，保证设计与代码的一致性，看了文档你就知道对应的代码在哪里；
2.  每个目录各自的关注点都进行了分离，更内聚，更容易开发与维护。

## Redis存储 ##

现在来看，我们选择Redis作为购物商品数据的存储，我们要解决两个问题，一是我们需要存哪些数据？二是我们用什么结构来存？

网络上很多写购物车的都是只保存一个商品id，真实场景是很难满足需求的。你想想，一个商品id如何记住用户选择的赠品？用户上次选择的活动？以及购买的商品渠道？

综合比较通用的场景，我给出一个参考结构：

// 购物车数据
    type ShoppingData struct {
    	Item       []*Item `json:"item"`
    	UpdateTime int64   `json:"update_time"`
    	Version    int32   `json:"version"`
    }
    
    // 单个商品item元素
    type Item struct {
    	ItemId       string          `json:"item_id"`
    	ParentItemId string          `json:"parent_item_id,omitempty"` // 绑定的父item id
    	OrderId      string          `json:"order_id,omitempty"`       // 绑定的订单号
    	Sku          int64           `json:"sku"`
    	Spu          int64           `json:"spu"`
    	Channel      string          `json:"channel"`
    	Num          int32           `json:"num"`
    	Status       int32           `json:"status"`
    	TTL          int32           `json:"ttl"`                     // 有效时间
    	SalePrice    float64         `json:"sale_price"`              // 记录加车时候的销售价格
    	SpecialPrice float64         `json:"special_price,omitempty"` // 指定价格加购物车
    	PostFree     bool            `json:"post_free,omitempty"`     // 是否免邮
    	Activities   []*ItemActivity `json:"activities,omitempty"`    // 参加的活动记录
    	AddTime      int64           `json:"add_time"`
    	UpdateTime   int64           `json:"update_time"`
    }
    
    // 活动
    type ItemActivity struct {
    	ActID    string `json:"act_id"`
    	ActType  string `json:"act_type"`
    	ActTitle string `json:"act_title"`
    }

重点说一下 `Item` 这个结构，`item_id` 这个字段是标记购物车中某个商品的唯一标记，因为我们之前说过，同一个sku由于渠道不同，那么在购物车中会是两个不同的item；接下来的 `parent_item_id` 字段是用来标记父子关系的，这里将可能存在的树结构转成了顺序结构，我们不管是父商品还是子商品，都采用顺序存储，然后通过这个字段来进行关联；有些同学可能会奇怪，为什么会存order id这个字段呢？大家关注下自己的日常业务，比如：再来一单、定金预售等，这种一定是与某个订单相关联的，不管是为了资格验证还是数据统计。剩下的字段都是一些非常常规的字段，就不在一一介绍了；

> 字段的类型，大家根据自己的需要进行修改。

接下来该说怎么选择Redis的存储结构了，Redis常用的 `Hash Table、集合、有序集合、链表、字符串` 五种，我们一个个来分析。

首先购车一定有一个key来标记这个购物车属于哪个用户的，为了简化，我们的key假设是：`uid:cart_type`。

我们先来看如果用 `Hash Table`；我们添加时，需要用到如下命令：`HSET uid:cart_type sku ShoppingData`；看起来没问题，我们可以根据sku快速定位某个商品然后进行相关的修改等，但是注意，ShoppingData是一个json串，如果用户购物车中有非常多的商品，我们用 `HGETALL uid:cart_type` 获取到的时间复杂度是O(n)，然后代码中还需要一一反序列化，又是O(n)的复杂度。

如果用`集合`，也会遇到类似的问题，每个购物车看做一个集合，集合中的每个元素是 ShoppingData ，取到代码中依然需要逐一反序列化(反序列化是成本)，关于有序集合与链表就不在分析，大家可以按照上面的思路去尝试下问题所在。

看起来我们没得选，只有使用`String`，那我们来看一下`String`的契合度是什么样子。首先`SET uid:cart_type ShoppingDataArr`；我们把购物车所有的数据序列化成一个字符串存储，每次取出来的时间复杂度是O(1)，序列化、反序列化都只需要一次。看来是非常不错的选择。但是在使用中大家还是有几点需要注意。

1.  单个Value不能太大，要不然就会出现大key问题，所以一般购物车有上限限制，比如item不能超过多少个；
2.  对redis的操作性能提升上来了，但是代码的就是修改单个item时的不便，必须每次读取全部然后找到对应的item进行修改；这里我们可以把从redis中的数据读取出来后，在内存中构建一个HashTable，来减少每次遍历的复杂度；

网上也看到很多Redis数据结构组合使用来保存购物车数据的，但是无疑增加了网络开销，相比起来还是String最经济划算。

# 总结 #

至此对于购物车的实现设计算是完结了，其中关于订单表的设计会单独放到订单模块去讲。

对于整个购物车服务，虽然没有写的详细到某个具体的接口，但是分析到这一步，我相信大家心中都是有沟壑的，能够结合自己的业务去实现它。

文中有些很有意思的地方，建议大家动手去做做看，有任何问题，我们随时交流。

*  改编版的责任链模式
 *  Redis的分布式事务锁实现

接下来终于要到订单部分的设计了，希望大家继续关注我们。

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