场景题

设计一个秒杀系统

秒杀系统主要是有三个特点高性能、高并发、高可用。

（1）秒杀页面的获取

• 动静分离。将页面的静态资源等部署到Nginx或者CDN（内容分发网路），这样可以加快秒杀页面获取。
• 静态资源合并获取。通过将多个请求合并为单个请求，一次获取多个静态资源，这样可以加快秒杀页面获取。
• 服务降级。秒杀页面做服务降级处理，将商品推荐列表、评论等做降级处理，少显示或者不显示。秒杀页面需要登录才能查看，对未登录用户直接返回登录界面。
• 服务监控。对流量进行监控，使用令牌桶算法等限流算法对流量进行控制。有必要时将部分任务进行熔断。
• 页面数据缓存。将页面数据缓存到Redis中，减少数据库操作。

CDN：

CDN的全称是Content Delivery Network，即内容分发网络。CDN是构建在现有网络基础之上的智能虚拟网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。CDN的关键技术主要有内容存储和分发技术。

CDN的作用：

1，减轻源站服务器压力，CDN能处理整个网站页面的70%～95％的内容访问量，从而解决了网站的并发量，由此减轻了源服务器的访问压力，也同时提升了网站的性能、可扩展性以及安全性。

2，实现加速，将网站原服务器中的内容存储到分布于各地的缓存服务(Cache Server)中（也就是CDN的节点），通过智能的中心管理系统对网络的动态流量进行分配控制，使用户能以最快的速度从最接近用户的地方获得所需的信息，一般的静态数据，如图片、多媒体资料等将基本从CDN节点上读取，这使得从源文件服务器上读取的数据量大大减少。从而提高用户访问的响应速度和服务的可用性，解决Internet网络拥塞状况，提高用户访问网站的响应速度。

3，隐藏源站服务器IP地址，使用CDN域名会解析到由我们提供的解析记录值上，既然域名没有解析到源站服务器IP上，那么源站服务器IP自然就不会暴露。
4，网站被攻击，不会影响到源站，由于域名是解析到我们提供的解析记录值上，那么被攻击，攻击的量也只会打到我们CDN节点上，所以网站被攻击源站服务器不会受到影响。
5，CDN国内的节点（中国大陆机房的服务器）域名就一定需要有备案的，海外的节点（香港、美国等地区机房的服务器）不需要域名备案。

(2)商品下单

• 前端/后端限流。前端/客户端防抖。限制时间间隔内的下单次数。
• 防机器人刷单。对下单操作增加填写验证码步骤，如：55+44=？、“你好”的小写拼音、选出所有飞机等问题，将非法请求过滤掉。
• 商品下单预扣库存。数据库表设计的时候需要设置锁库存字段。进行秒杀的时候，减少库存将在Redis中使用分布式锁进行操作。其它后续操作可以使用RabbitMQ进行操作。
• 商品下单预扣库存（库存预热）可以添加延时队列。将超时商品转发到死信路由，然后进行操作。
• 商品下单可以进行异步操作，如双次验价等操作可以使用多线程。

(3)支付

• 将支付划分为一个单独的系统，只开放对应的支付接口。因为支付系统是金融敏感的，所以应该保证支付系统的高可用。
• 回滚机制。建议使用分布式事务，对支付业务进行TCC事务，因为支付系统是金融敏感的。

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于是，秒杀系统一般会引入MQ、Redis、MySQL、Nginx等中间件，需要对每个中间件进行高性能、高并发、高可用的分析。

MQ

1. 集群部署。MQ系统一般都是集群部署的，进行镜像集群部署，可以提升系统的可用性。
2. 开启持久化。对MQ系统中的信息开启持久化，将其刷到硬盘内，防止宕机。
3. 关闭消费自动ACK，需要进行手动ACK。防止信息消费异常。

Redis

1. Redis进行读写分离，Master节点进行写操作，其他节点进行读操作。
2. Redis进行哨兵部署，让某一个节点宕机后可以迅速有机器顶替上。
3. Redis进行分片集群部署，让请求分布到每一台Redis机器上。
4. 开启持久化日志。AOF和RDB根据业务状况进行调整。
5. 一个系统可以有多个Redis集群，例如页面数据和商品下单两个方面的Redis可以用多个集群的Redis。

MySQL

1. 根据业务建立索引。唯一索引、普通索引、联合索引等。
2. 看业务是否有优化的地方，减少回表操作。
3. 分库分表。MySQL应该进行集群部署，单台Redis一般只有2000QPS左右。
   1. 分库。使用MyCat或者ShardingSphere等进行分库，将操作通过算法分配到相对应的机器上面。
   2. 分表。分表有垂直划分和水平划分两种。垂直划分是将部分字段分割到其它表上面。水平划分是将数据水平划分到同一数据库中的不同表上面，避免一个表上面的数据过大。
   3. 一般来说，建议分32个库，每个库分32张表，这样完全能够满足大部分企业的需求。
4. MySQL的瓶颈是磁盘IO，可以更换固态硬盘。

Nginx

1. 动静分离。将静态资源部署到Nginx中，无需到其它中间件中查询。
2. Nginx可以开启限流操作。令牌桶和露铜算法都支持。
3. Nginx开启负载均衡，将服务请求打到不同的服务器上，降低单台服务器压力。

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除了上面列出来的，还有很多的优化操作。

热点数据分离

热点商品和普通商品使用的系统可以隔离开来，这样即使秒杀系统宕机了，普通的商品下单也不会有任何问题。

1. 秒杀商品放到热点数据系统内。
2. 直播商品也可以放到热点数据系统内。
3. 流量监控。可以将下单比较多的商品放到热点数据系统内。
4. 商家上报。商家可以将未来可能售卖较多的商品上报，放到热点数据系统内。
5. 数据分析。分析以往数据，得出一些未来可能售卖较多的商品，放到热点数据系统内。

如何设计数据库

(1)需求分析

进行数据库设计首先必须准确了解和分析用户需求（包括数据与处理）。需求分析的任务，是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新的系统功能，新系统还得充分考虑今后可能的扩充与改变，不仅仅能够按当前应用需求来设计。

（2）概念结构设计

它通过对用户需求进行综合，归纳与抽象。在概念结构设计阶段，先设计各个应用的视图，即各个应用所看到的数据及其结构，然后再进行视图集成，以形成一个单一的概念数据模型。然后，经过数据库设计者和用户的审查与修改，最后形成所需的概念数据模型

（3）逻辑结构设计

逻辑结构设计使用E-R图和DBMS提供的数据定义语言（DDL）描述数据模式，具体方法与DBMS的逻辑数据模型紧密相关，并满足数据库存取、一致性及运行等各方面的用户需求。

(4)物理设计

首先要对运行的事务详细分析，获得选择物理数据库设计所需要的参数，其次，要充分了解所用的RDBMS的内部特征，特别是系统提供的存取方法和存储结构。

常用的存取方法有三类：

1. 索引方法，目前主要是B+树索引方法。
2. 聚簇方法（Clustering）方法。
3. 是HASH方法。

（5）数据库实施阶段

数据库实施阶段，设计人员运营DBMS提供的数据库语言（如sql）及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制和调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

数据库表的设计：

1. 单一职责原则：一个表应该只包含一个实体或对象的相关信息，不要将不同实体或对象的信息混在一起。
2. 数据的完整性：表中的数据应该保证完整性，比如使用外键关联表、添加非空约束、唯一约束等。
3. 数据冗余的最小化：尽量避免将重复的数据存储在不同的表中，减少数据冗余，降低数据不一致的风险。
4. 性能优化：表的设计应该考虑性能问题，包括表的大小、索引的设计、数据类型的选择等。
5. 可扩展性：表的设计应该考虑到未来可能的扩展需求，比如新增字段、增加关联表等。
6. 数据库的范式：根据实际业务需求，可以考虑采用不同的范式，比如第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）等。