GoLang 抽奖系统设计

业务难点

设计一个抽奖系统，这个系统并不是具体化，是抽象化，具有以下的几个难点：
1、抽奖业务需要复杂多变
2、奖品类型和概率设置
3、公平的抽奖和安全的发奖
4、并发安全性问题一个人不能枪多次
5、高效的抽奖和发奖，提供高并发和性能
6、如何使用redies进行优化

技术选项

高并发 Go 协程优先于 PHP多进程，Java的多线程模型
高性能编译后的二进制优先于PHP解释性和Java虚拟机
高效的网络模型 epoll 模型优先于PHPBIO模型和Java NIO模型

抽奖活动

年会抽奖，彩票刮奖，微信摇一摇，抽奖大转盘，集福卡等活动，本项目以 抽奖大转盘作为一种活动进行设计。
项目实战内容：框架/核心代码后台功能，合理设置奖品和发送奖品， mysql+优化-使用redies 发奖计划与奖品池，压力测试和更多的运营策略（系统的性能有更好的了解，运营产品的策略有更多），引入 thirft 框架(RPC 框架)，设计接口生成代码，服务端接口和客户端程序

需求分析

1. go mod 配置
2. 配置国内代理： go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn,https://goproxy.io,direct
3. go get -u -v github.com/kataras/iris 下载包在 GOPATH的PKG目录下
4. iris:功能： 安全认证，缓存 cookies 文件 MVC, 模板 丰富的示例代码
5. https://iris-go.com/v10/recipe

*年会抽奖程序
使用的是iris 这个web 框架进行处理

/**
*  curl http://localhost:8080/
*  curl --data "users=123,567" http://localhost:8080/import
*  curl http://localhost:8080/lucky*/package mainimport ("fmt""github.com/kataras/iris/v12""github.com/kataras/iris/v12/mvc""math/rand""strings""sync""time"
)var userList []string // 共享变量读写前后 需要增加 锁的设定 简单方式添加互斥锁
var mu sync.Mutextype lotteryController struct {Ctx iris.Context
}// 启动一个 iris 应用
func newApp() *iris.Application {app := iris.New()mvc.New(app.Party("/")).Handle(&lotteryController{})return app
}
func main() {app := newApp()userList = []string{}mu = sync.Mutex{}err := app.Listen(":8080")if err != nil {panic(fmt.Sprintf("web server start error: %s\n", err))return}
}func (c *lotteryController) Get() string {count := len(userList)return fmt.Sprintf("当前总共参与抽奖的用户数：%d\n", count)
}// PostImport POST http://localhost:8090/import
// params : users
func (c *lotteryController) PostImport() string {strUsers := c.Ctx.FormValue("users")users := strings.Split(strUsers, ",")// 批量线程导入时候 发现有多线程的问题 数据统计不正确mu.Lock()defer mu.Unlock()count1 := len(userList)for _, u := range users {u = strings.TrimSpace(u)if len(u) > 0 {userList = append(userList, u)}}count2 := len(userList)return fmt.Sprintf("当前总共参与抽奖的用户数：%d, 成功导入的用户数：%d\n", count2, count2-count1)
}// GetLucky GET http://localhost:8090/lucky
func (c *lotteryController) GetLucky() string {// 抽奖地方进行锁的判断mu.Lock()defer mu.Unlock()count := len(userList)if count > 1 {index := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano())).Int31n(int32(count))user := userList[index]// 需要 删除被挑选过的人 直接可以删除 当前index 下的数据 更好userList = append(userList[0:index], userList[index+1:]...)return fmt.Sprintf("当前中奖用户：%s, 剩余用户数：%d\n", user, count-1)} else if count == 1 {user := userList[0]return fmt.Sprintf("当前中奖用户：%s, 剩余用户数：%d\n", user, count-1)} else {return fmt.Sprintf("当前中奖完毕,没有用户参与中奖\n")}
}

单元测试问题，对于 userList 的多线程下发生数据竞争问题：

package mainimport ("fmt""github.com/kataras/iris/v12/httptest""sync""testing"
)func TestMVC(t *testing.T) {app := newApp()e := httptest.New(t, app)// 使用同步等待锁var wg sync.WaitGroupe.GET("/").Expect().Status(httptest.StatusOK).Body().Equal("当前总共参与抽奖的用户数：0\n")for i := 0; i < 100; i++ {wg.Add(1)// 不会出现协程并发性问题go func(i int) {defer wg.Done()e.POST("/import").WithFormField("users", fmt.Sprintf("test_u%d", i)).Expect().Status(httptest.StatusOK)}(i)}wg.Wait()e.GET("/").Expect().Status(httptest.StatusOK).Body().Equal("当前总共参与抽奖的用户数：100\n")e.GET("/lucky").Expect().Status(httptest.StatusOK)e.GET("/").Expect().Status(httptest.StatusOK).Body().Equal("当前总共参与抽奖的用户数：99\n")
}

微信摇一摇得抽奖活动

/**
* 微信摇一摇得功能
* wrk -t10 -c10 -d5 http://localhost:8080/lucky 进行压力测试 查看代码是否有竞争异常问题和 接口请求量速度*/
package mainimport ("fmt""github.com/kataras/iris/v12""github.com/kataras/iris/v12/mvc""log""math/rand""os""sync""time"
)var mu sync.Mutexconst (giftTypeCoin      = iota // 虚拟币giftTypeCoupon           // 不同卷giftTypeCouponFix        // 不同卷giftTypeRealSmall        // 实物小奖giftTypeRealLarge        // 十五大奖
)type gift struct {id       intname     stringpic      stringlink     stringgType    intdata     string // 奖品数据（特定得配置信息）dataList []stringtotal    intleft     intinuse    boolrate     int // 万分之NrateMin  intrateMax  int
}// 最大中奖号码
const rateMax = 1000var logger *log.Logger// 奖品类表
var giftList []*gifttype lotteryController struct {Ctx iris.Context
}// 启动一个 iris 应用
func newApp() *iris.Application {app := iris.New()mvc.New(app.Party("/")).Handle(&lotteryController{})return app
}func initLog() {f, _ := os.Create("G:\\goLandProject\\lottery_demo.log")logger = log.New(f, "", log.Ldate|log.Lmicroseconds)
}func initGift() {giftList = make([]*gift, 5)g1 := gift{id:       1,name:     "手机大奖",pic:      "",link:     "",gType:    giftTypeRealLarge,data:     "",dataList: nil,total:    20000,left:     20000,inuse:    true,rate:     10000,rateMin:  0,rateMax:  0,}g2 := gift{id:       2,name:     "充电器",pic:      "",link:     "",gType:    giftTypeRealSmall,data:     "",dataList: nil,total:    5,left:     5,inuse:    false,rate:     10,rateMin:  0,rateMax:  0,}g3 := gift{id:       3,name:     "优惠卷满200减50",pic:      "",link:     "",gType:    giftTypeCouponFix,data:     "mall-coupon-2018",dataList: nil,total:    50,left:     50,inuse:    false,rate:     500,rateMin:  0,rateMax:  0,}g4 := gift{id:       4,name:     "直降优惠卷",pic:      "",link:     "",gType:    giftTypeCoupon,data:     "",dataList: []string{"c01", "c02", "c03", "c04", "c05"},total:    50,left:     50,inuse:    false,rate:     100,rateMin:  0,rateMax:  0,}g5 := gift{id:       5,name:     "金币",pic:      "",link:     "",gType:    giftTypeCoin,data:     "10金币",dataList: nil,total:    100,left:     100,inuse:    false,rate:     5000,rateMin:  0,rateMax:  0,}giftList[0] = &g1giftList[1] = &g2giftList[2] = &g3giftList[3] = &g4giftList[4] = &g5// s数据整理 中奖区间数据rateStart := 0for _, data := range giftList {if !data.inuse {continue}data.rateMin = rateStartdata.rateMax = rateStart + data.rateif data.rateMax >= rateMax {data.rateMax = rateMaxrateStart = 0} else {rateStart += data.rate}}
}func main() {initLog()initGift()mu = sync.Mutex{}app := newApp()err := app.Listen(":8080")if err != nil {panic(fmt.Sprintf("web server start error : %s\n", err))}
}// Get http://localhost:8080
func (c *lotteryController) Get() string {count := 0total := 0for _, data := range giftList {if data.inuse && (data.total == 0 || (data.total > 0 && data.left > 0)) {count++total += data.left}}return fmt.Sprintf("当前有效奖品种类数量:%d, 限量奖品总数量:%d\n", count, total)
}// GetLucky  http://localhost:8080/lucky
func (c *lotteryController) GetLucky() map[string]interface{} {mu.Lock()defer mu.Unlock()code := luckyCode()ok := falseresult := make(map[string]interface{})result["success"] = ok// 对 code 与 rateMin -rateMax 区间内进行对比 判断是否获奖for _, data := range giftList {if !data.inuse || (data.total > 0 && data.left <= 0) {continue}if data.rateMin <= int(code) && data.rateMax > int(code) {sendData := ""switch data.gType {case giftTypeCoin:ok, sendData = sendCoin(data)case giftTypeCoupon:ok, sendData = sendCoupon(data)case giftTypeCouponFix:ok, sendData = sendCouponFix(data)case giftTypeRealSmall:ok, sendData = sendRealSmall(data)case giftTypeRealLarge:ok, sendData = sendRealLarge(data)}if ok {// 中奖后得到奖品 生成中奖记录saveLuckyData(code, data, sendData)result["success"] = trueresult["id"] = data.idresult["name"] = data.nameresult["data"] = sendDatabreak}}}return result
}func luckyCode() int32 {seed := time.Now().UnixNano()code := rand.New(rand.NewSource(seed)).Int31n(int32(rateMax))return code
}func sendCoin(data *gift) (bool, string) {if data.total == 0 {// 数量无数return true, data.data} else if data.left > 0 {data.left -= 1return true, data.data} else {return false, "奖品已经发完"}
}// 不同优惠卷
func sendCoupon(data *gift) (bool, string) {if data.left > 0 {left := data.left - 1data.left = leftreturn true, data.dataList[left%5]} else {return false, "奖品已经发完"}
}func sendCouponFix(data *gift) (bool, string) {if data.total == 0 {// 数量无数return true, data.data} else if data.left > 0 {data.left -= 1return true, data.data} else {return false, "奖品已经发完"}
}func sendRealSmall(data *gift) (bool, string) {if data.total == 0 {// 数量无数return true, data.data} else if data.left > 0 {data.left -= 1return true, data.data} else {return false, "奖品已经发完"}
}func sendRealLarge(data *gift) (bool, string) {if data.total == 0 {// 数量无数return true, data.data} else if data.left > 0 {data.left -= 1return true, data.data} else {return false, "奖品已经发完"}
}func saveLuckyData(code int32, g *gift, data string) {logger.Printf("lucky, code =%d ,id =%d, name =%d, data =%s, left=%d \n", code, g.id, g.name, data, g.left)
}

微博抢红包

红包得集合，红包内红包数量读写都存在并发安全性问题
第一种方式使用 Sync.Map 互斥锁得方式

/**
* 微信抢红包 普通得 map 发生 竞争情况 所以需要使用 互斥 sync.Map
* 在大量得写 和 读得情况下会发生 竞争
**/
package mainimport ("fmt""github.com/kataras/iris/v12""github.com/kataras/iris/v12/mvc""math/rand""sync""time"
)// 红包列表var packageList *sync.Map = new(sync.Map)type lotteryController struct {Ctx iris.Context
}// 启动一个 iris 应用
func newApp() *iris.Application {app := iris.New()mvc.New(app.Party("/")).Handle(&lotteryController{})return app
}func main() {app := newApp()err := app.Listen(":8080")if err != nil {panic(fmt.Sprintf("web server start error : %s\n", err))}
}// Get http://localhost:8080
func (c *lotteryController) Get() map[uint32][2]int {// 返回当前全部得红包rs := make(map[uint32][2]int)packageList.Range(func(key, value interface{}) bool {id := key.(uint32)list := value.([]uint)var money intfor _, v := range list {money += int(v)}rs[id] = [2]int{len(list), money}return true})return rs
}// GetSet   http://localhost:8080/set?uid=1&money=100&num=100
func (c *lotteryController) GetSet() string {uid, errUid := c.Ctx.URLParamInt("uid")moeny, errMoney := c.Ctx.URLParamFloat64("money")num, errNum := c.Ctx.URLParamInt("num")if errUid != nil || errNum != nil || errMoney != nil {fmt.Sprintf("errUid=%d, errMoney=%d, errNum=%d \n", errUid, errMoney, errNum)}moenyTotal := int(moeny * 100)if uid < 1 || moenyTotal < num || num < 1 {return fmt.Sprintf("参数数值异常, uid=%d, money=%d, num=%d \n", uid, moeny, num)}// 金额分配算法r := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))rMax := 0.55 // 随机分配最大值if num > 1000 {rMax = 0.01} else if num < 10 {rMax = 0.80}list := make([]uint, num)leftMoney := moenyTotalleftNum := numfor leftNum > 0 {if leftNum == 1 {list[num-1] = uint(leftMoney)break}// 剩余钱数等于剩余红包数每个红包进行均分if leftMoney == leftNum {for i := num - leftNum; i < num; i++ {list[i] = 1break}}// 随机分配最大值rMoney := int(float64(leftMoney-leftNum) * rMax)m := r.Intn(rMoney)if m < 1 {m = 1}list[num-leftNum] = uint(m)leftMoney -= mleftNum--}// 红包得UUIDid := r.Uint32()packageList.Store(id, list)return fmt.Sprintf("/get?id=%d&uid=%d&num=%d", id, uid, num)
}// GetGet http://localhost:8080/get?id=1&uid=1
func (c *lotteryController) GetGet() string {id, errid := c.Ctx.URLParamInt("id")uid, errUid := c.Ctx.URLParamInt("uid")if errUid != nil || errid != nil {return fmt.Sprintf("")}if uid < 1 || id < 1 {return fmt.Sprintf("")}listq, ok := packageList.Load(uint32(id))list := listq.([]int)if !ok || len(list) < 1 {return fmt.Sprintf("红包不存在, id =%d \n", id)}// 分配随机数获取红包r := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))i := r.Intn(len(list))money := list[i]// 更新红包中列表信息if len(list) > 1 {if i == len(list)-1 {packageList.Store(uint32(id), list[:i])} else if i == 0 {packageList.Store(uint32(id), list[1:])} else {packageList.Store(uint32(id), append(list[:i], list[i+1:]...))}} else {packageList.Delete(uint32(id))}return fmt.Sprintf("恭喜你抢到一个红包， 红包金额：%d \n", money)
}

第二种方式： chan 队列方式解决线程安全

/**
* 微信抢红包 普通得 map 发生 竞争情况 所以需要使用 互斥 sync.Map
* 在大量得写 和 读得情况下会发生 竞争
*
* 单核任务 修改成 16 核心 进行抢红包*/
package mainimport ("fmt""github.com/kataras/iris/v12""github.com/kataras/iris/v12/mvc""math/rand""sync""time"
)// 红包列表var packageList *sync.Map = new(sync.Map)type task struct {id       uint32callback chan uint
}const taskNum = 16 // 初始化队列数量
var chTaskList []chan task = make([]chan task, taskNum)type lotteryController struct {Ctx iris.Context
}// 启动一个 iris 应用
func newApp() *iris.Application {app := iris.New()mvc.New(app.Party("/")).Handle(&lotteryController{})return app
}func main() {app := newApp()err := app.Listen(":8080")// 启动多个子线程进行 红包抢for i := 0; i < taskNum; i++ {chTaskList[i] = make(chan task)go fetchPackageListMoney(chTaskList[i])}if err != nil {panic(fmt.Sprintf("web server start error : %s\n", err))}
}// Get http://localhost:8080
func (c *lotteryController) Get() map[uint32][2]int {// 返回当前全部得红包rs := make(map[uint32][2]int)packageList.Range(func(key, value interface{}) bool {id := key.(uint32)list := value.([]uint)var money intfor _, v := range list {money += int(v)}rs[id] = [2]int{len(list), money}return true})return rs
}// GetSet   http://localhost:8080/set?uid=1&money=100&num=100
func (c *lotteryController) GetSet() string {uid, errUid := c.Ctx.URLParamInt("uid")moeny, errMoney := c.Ctx.URLParamFloat64("money")num, errNum := c.Ctx.URLParamInt("num")if errUid != nil || errNum != nil || errMoney != nil {fmt.Sprintf("errUid=%d, errMoney=%d, errNum=%d \n", errUid, errMoney, errNum)}moenyTotal := int(moeny * 100)if uid < 1 || moenyTotal < num || num < 1 {return fmt.Sprintf("参数数值异常, uid=%d, money=%d, num=%d \n", uid, moeny, num)}// 金额分配算法r := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))rMax := 0.55 // 随机分配最大值if num > 1000 {rMax = 0.01} else if num < 10 {rMax = 0.80}list := make([]uint, num)leftMoney := moenyTotalleftNum := numfor leftNum > 0 {if leftNum == 1 {list[num-1] = uint(leftMoney)break}// 剩余钱数等于剩余红包数每个红包进行均分if leftMoney == leftNum {for i := num - leftNum; i < num; i++ {list[i] = 1break}}// 随机分配最大值rMoney := int(float64(leftMoney-leftNum) * rMax)m := r.Intn(rMoney)if m < 1 {m = 1}list[num-leftNum] = uint(m)leftMoney -= mleftNum--}// 红包得UUIDid := r.Uint32()packageList.Store(id, list)return fmt.Sprintf("/get?id=%d&uid=%d&num=%d", id, uid, num)
}// GetGet http://localhost:8080/get?id=1&uid=1
func (c *lotteryController) GetGet() string {id, errid := c.Ctx.URLParamInt("id")uid, errUid := c.Ctx.URLParamInt("uid")if errUid != nil || errid != nil {return fmt.Sprintf("")}if uid < 1 || id < 1 {return fmt.Sprintf("")}listq, ok := packageList.Load(uint32(id))list := listq.([]int)if !ok || len(list) < 1 {return fmt.Sprintf("红包不存在, id =%d \n", id)}// 构造一个任务callback := make(chan uint)t := task{id: uint32(id), callback: callback}// 发送任务chTasks := chTaskList[id%taskNum]chTasks <- t// 接受返回结果值money := <-callbackif money <= 0 {return "很遗憾，没有抢到红包\n"} else {return fmt.Sprintf("恭喜你抢到一个红包， 红包金额：%d \n", money)}
}// 使用队列方式, 需要不断从chan 通道中获取数据
func fetchPackageListMoney(chTasks chan task) {for {t := <-chTasksid := t.idl, ok := packageList.Load(id)if ok && l != nil {// 分配随机数获取红包list := l.([]int)r := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))i := r.Intn(len(list))money := list[i]// 更新红包中列表信息if len(list) > 1 {if i == len(list)-1 {packageList.Store(uint32(id), list[:i])} else if i == 0 {packageList.Store(uint32(id), list[1:])} else {packageList.Store(uint32(id), append(list[:i], list[i+1:]...))}} else {packageList.Delete(uint32(id))}t.callback <- uint(money)} else {t.callback <- 0}}
}

抽奖大转盘

后端设置各个奖品得中奖概率和数量限制，更新库存时候发现并发安全性质问题和微信摇一摇类似
使用CAS进行安全代码进行修改，不在使用同步锁，CAS乐观锁比sync.mutSync 会快一些

/*** 大转盘程序* curl http://localhost:8080/* curl http://localhost:8080/debug* curl http://localhost:8080/prize* 固定几个奖品，不同的中奖概率或者总数量限制* 每一次转动抽奖，后端计算出这次抽奖的中奖情况，并返回对应的奖品信息** 增加互斥锁，保证并发库存更新的正常* 压力测试：* wrk -t10 -c100 -d5 "http://localhost:8080/prize"*/
package mainimport ("fmt""github.com/kataras/iris/v12""github.com/kataras/iris/v12/mvc""log""math/rand""strings""sync/atomic""time"
)// Prate 奖品中奖概率
type Prate struct {Rate  int    // 万分之N的中奖概率Total int    // 总数量限制，0 表示无限数量CodeA int    // 中奖概率起始编码（包含）CodeB int    // 中奖概率终止编码（包含）Left  *int32 // 剩余数使用CAS乐观锁 进行修改
}var left = int32(1000)// 奖品列表
var prizeList []string = []string{"一等奖，火星单程船票","二等奖，凉飕飕南极之旅","三等奖，iPhone一部","", // 没有中奖
}// 奖品的中奖概率设置，与上面的 prizeList 对应的设置
var rateList []Prate = []Prate{//Prate{1, 1, 0, 0, 1},//Prate{2, 2, 1, 2, 2},Prate{5, 1000, 0, 9999, &left},//Prate{100,0, 0, 9999, 0},
}type lotteryController struct {Ctx iris.Context
}// 启动一个 iris 应用
func newApp() *iris.Application {app := iris.New()mvc.New(app.Party("/")).Handle(&lotteryController{})return app
}func main() {app := newApp()err := app.Listen(":8080")if err != nil {panic(fmt.Sprintf("web server start error : %s\n", err))}
}// Get GET http://localhost:8080/
func (c *lotteryController) Get() string {c.Ctx.Header("Content-Type", "text/html")return fmt.Sprintf("大转盘奖品列表：<br/> %s", strings.Join(prizeList, "<br/>\n"))
}// GetPrize GET http://localhost:8080/prize
func (c *lotteryController) GetPrize() string {c.Ctx.Header("Content-Type", "text/html")// 第一步，抽奖，根据随机数匹配奖品seed := time.Now().UnixNano()r := rand.New(rand.NewSource(seed))// 得到个人的抽奖编码code := r.Intn(10000)//fmt.Println("GetPrize code=", code)var myPrize stringvar prizeRate *Prate// 从奖品列表中匹配，是否中奖for i, prize := range prizeList {rate := &rateList[i]if code >= rate.CodeA && code <= rate.CodeB {// 满足中奖条件myPrize = prizeprizeRate = ratebreak}}if myPrize == "" {// 没有中奖myPrize = "很遗憾，再来一次"return myPrize}// 第二步，发奖，是否可以发奖if prizeRate.Total == 0 {// 无限奖品fmt.Println("中奖： ", myPrize)return myPrize} else if *prizeRate.Left > 0 {// 还有剩余奖品left := atomic.AddInt32(prizeRate.Left, -1)if left >= 0 {log.Printf("奖品:%s", myPrize)return myPrize}}// 有限且没有剩余奖品，无法发奖myPrize = "很遗憾，再来一次"return myPrize}// GetDebug GET http://localhost:8080/debug
func (c *lotteryController) GetDebug() string {c.Ctx.Header("Content-Type", "text/html")return fmt.Sprintf("获奖概率： %v", rateList)
}

抽奖活动总结

并发安全性质问题，互斥锁，队列， CAS递减方式
优化，通过散列减小单个集合得大小

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