秒杀优化动静分离

一个技术关键点：数据的动静分离

为什么做数据的动静分离？

对于一个秒杀系统来说，在秒杀的场景下，对系统的要求就是三个方面：一是快，二是准，三是稳定。如何让系统的更快，主要有两个思路：一是提高每一次请求的效率，二是减少没有必要的请求。动静分离目的就是让系统更快。

什么是动静分离？

先举个例子：
在没有采用动静分离之前，最早期的秒杀系统是需要刷新整体页面的，后来对系统优化之后，只需要点击一个刷新抢购的按钮就足够了，这种变化本质上就是动静分离的。分离之后，请求的数据量大幅度减少，这样系统响应速度自然就加快了。

什么是动态数据和静态数据？

动静分离就是把用户请求的数据（比如HTMl页面）划分为动态数据和静态数据，他们之间的主要区别就是看看页面中输出的数据是否和URL、用户、时间，用户所在地相关，以及是否含有cookie这些私密的数据。比如：
1、很多媒体类的网站，比如新闻网站，某一篇文章，不管是你访问还是我访问，他都是一样的，这就是典型的静态数据，但是他是一个动态页面。
2、访问淘宝网的首页，每个人看到的页面都会有所不同，首页展示的商品是系统根据每个人的购买记录，点击记录做的个性化推荐，这些个性化的数据就是动态数据。

静态数据不能仅仅理解成传统意义上完全存在磁盘上的HTML页面，它也可能是经过java系统产生的页面，只不过这个页面和URL、用户信息，时间、用户所在地，cookie这些信息无关。
所谓的静态和动态，不是看数据本身是动态静态，二是看数据中是否含有和访问者相关的个性化的数据。

如何对静态数据做缓存？

有几个重点：
1、把静态数据缓存到距离用户最近的地方。缓存的地方一般有是三个：用户浏览器，CDN，还有服务端的Cache当中。
2、静态化改造就是直接缓存HTTP连接。和普通的数据缓存不一样，系统的静态化改造是直接缓存HTTP连接，而不是仅仅缓存数据。比如用户发出URL请求，Web代理服务器根据请求URL，直接取出对应的HTTP响应头和响应体然后直接返回，这个相应过程很简单，不需要组装HTTP协议，也不需要解析HTTP请求头。
3、让谁来缓存静态数据也很重要。不同语言写的Cache软件处理缓存数据的效率不一样。对于java来说，java系统有缺点，比如不擅长处理大量连接请求，每一个连接消耗的内存比较多，Servlet容器解析HTTP协议比较慢，所以可以不再java层做缓存，避免这些缺点，在web服务器上做缓存，比如Nginx，Apache比较擅长处理大并发的静态文件请求。

如何做动静分离的改造？

前面说的是Why和What，接下来说How。把动态页面改造成适合缓存的静态页面，思路就是把他们单独分离出来。

以典型的商品详情系统作为例子。打开淘宝的商品详情页面，看看页面里有哪些动态和静态数据，可以从几个方面分离出动态内容。
1、URL唯一化：对于商品详情系统，每一个商品都用一个ID来标识，这个ID是唯一的URL。为什么用唯一的URL。因为我们要缓存整个HTTP连接，用什么作为key？就可以用URL作为缓存的key，例如以id=1234这个格式来区分。
2、分离浏览者相关的因素：比如浏览者是否已经登录，浏览者的身份，把这些信息单独拆分出来，通过动态请求来获取。
3、分离时间因素：服务端输出的时间也通过动态请求来获取。
4、把所在地的信息异步化。也可以吧所在地相关的信息通过动态请求来获取。
5、去除Cookie。服务端输出的页面包含的cookie通过代码软件删除。当然并不是用户端接收到的页面不含有cookie，而是在缓存的静态数据中不含有cookie。

如何组织动态数据？

很多动态内容都会被其他模块调用，比如判断用户是否登录，用户ID是否匹配，所以应该用JSON格式组织这些数据，方便前端调用。
动态内容的处理通常有两种方案：ESI Edge side include方案和CSI Client Side include方案。
1、ESI（或者SSI），就是再web代理服务器上做动态内容请求，并且把请求插入到静态页面当中，当用户拿到页面时已经是一个完整的界面。这种方式优点是用户体验比较好，缺点是对服务器性能有负面影响。
2、CSI方案。就是单独发起一个JavaScript请求，向服务端获取动态内容，优点是服务端的性能更好，缺点是用户端的页面可能有延时，体验不太好。

动静分离的几种架构方案：

通过改造把静态数据和动态数据分离开，接下来就要考虑怎么在系统架构上把静态数据和动态数据重新组合，在完整地输出给用户。
根据架构的复杂度，一般有三种方法可以选择：实体机单机部署，统一Cache层，用CDN

1、实体机单机部署

多个虚拟机运行在一个实体机上，会争抢CPU资源，内存资源，网络资源。这种方案就是把虚拟机改成实体机部署，增大cache的容量，并且采用一致性hash分组的方法来提升命中率。如果hash分组比较少，缓存的命中率会提高，缺点是导致同一个商品集中在一个分组，容易导致cache被击穿。所以要适当增加hash分组。
什么是缓存击穿：缓存击穿指的是使用不存在的key进行高并发地查询，缓存中无法命中，导致击穿到后台的数据库系统，大量的数据库查询导致数据库压力非常大。
实体机部署的优点： 1）可以使用大容量内存，减少cache失效的压力，因为采用了定时失效的方式。例如只缓存3秒钟，过期就自动失效。缺点是：1）把虚拟机中的java应用换成了实体机，但是单个的java进程很难完整利用机器的CPU，有一定程度的CPU浪费。2）实体机上部署了java应用程序，还作为cache使用，这就造成了运维上的高复杂度。
如果其他系统没有类似的需求，可以这么做。但是如果其他系统也有静态化改造的需求，就不能这么做，而是应该采用把cache层单独抽离出来。也就是方案二

2、统一cache层

这个方法是把单机的cache抽离出来，形成单独的cache集群。优点：
1）单独一个cache层，如果多个应用介入，可以减少成本。因为接入的应用功能只需要维护自己的java系统就行，不需要单独维护cache，只需要关心如何使用就行。
2）统一的cache方案更容易维护，可以减少运维成本，后期的加强监控，配置自动化，只需要一套解决方案就可以。
3）可以共享内存，最大程度利用内存，不同系统之间的内存可以动态的进行切换。

缺点也有
1）cache层内部的交换网络会成为瓶颈。
2）缓存服务器的网卡也会成为瓶颈。
3）机器少风险较大，如果一台挂掉，可能影响很大一部分缓存数据。
解决这些缺点，可以对对cache进一步做hash分组，一组cache缓存的内容相同，防止热门数据过度集中导致新的瓶颈。

3、用CDN

如果把cache进一步往前移动，放到从CDN上，CDN离用户最近，效果更好。不过这么做存在几个问题
1）失效问题，需要保证在几秒之内保证分布在全国各地的cache全部失效，否则长时间部分cache更新，部分cache的内容是错的，这样是不可容忍的。这对CDN失效系统的要求很高。
2）命中率问题。cache最重要的指标就是高命中率，不然cache的存在就失去了意义。
3）发布更新问题，如果一个业务系统每周都有新的业务需要发布，那么发布系统就需要见解高效，还要考虑出现问题，能够快速回滚和快速排查问题。
选择CDN节点时，要考虑几个条件
1）靠近访问量比较集中的区域
2）节点到助战的网络比较好，而且比较稳定。

CDN部署方案有几个特点：
1）把整个页面缓存到用户的浏览器当中。
2）如果强制刷新整个页面，也会请求CDN中的数据。
3）实际的有效请求,用户只是对刷新抢购的按钮进行点击。
这样就把绝大部分的静态数据缓存到了浏览器或者CDN上，真正秒杀时，用户只需要点击抢购秒杀按钮，不需要刷新整个页面。系统请求的知识很少一部分数据，不需要重复请求大量的静态数据，这样可以大幅度提升秒杀系统性能。

参考文献

极客时间的秒杀专栏