参考资料：Martin Fowler 软件架构、The Difference Between Architecture and Design

1 服务分层

经典的三层后台服务架构为：接入层、逻辑层、存储层，划分原则是让同层次的系统专注处理自己的事情。

• 接入层：负责前端与后台服务的接入连通、安全认证和数据转发；
• 逻辑层：负责处理不同业务的无状态逻辑服务；
• 存储层：负责业务数据的存储。

分层的好处：各层依据业务特点专注自己的工作，提高系统复用性、降低业务耦合度。中小型网站中三层架构的典型实现是 Nginx（接入层）、Apache/Tomcat（逻辑层）、MySQL/Redis（存储层）。

2 缓存击穿、雪崩的应对方法

• 缓存穿透：查询一个必然不存在的数据，每次都打到数据库。解决：布隆过滤器拦截，或缓存空值。
• 缓存击穿：某个热点 key 失效瞬间被大量并发请求打挂后端。解决：互斥锁（setnx）、热点 key 逻辑不过期。
• 缓存雪崩：大量 key 在同一时间一起失效，请求全部涌向数据库。解决：过期时间加随机值分散、多级缓存。

详见《Redis 缓存穿透/击穿/雪崩》一文。

3 秒杀系统的设计

特点

• 高性能：秒杀瞬间流量是平时的数十甚至上百倍，库存只有一份，所有请求集中读写同一个数据，DB 存在单点；
• 高一致性：100 件商品不能出现 200 人下单成功；
• 高可用：不能让秒杀拖垮其他无关模块。

方案

高性能

1. 浏览器/客户端层面：前端脚本控制点击频率，过快时只提示不真正发请求；
2. DNS 层面：域名 CNAME 到不同地区的服务集群，不同地区线路的客户由不同集群提供服务；
3. 业务层面：
   • 数据拆分：动态页面改造成适合缓存的静态页面；
   • 静态页面：浏览器、CDN、服务端三层缓存；
   • 数据整合：动静分离后，前端组织动态数据有两种方案：
     • ESI（Edge Side Includes）：Web 代理服务器上请求动态数据并插入静态页面，用户看到的是完整页面。服务端性能要求高，用户体验好；
     • CSI（Client Side Include）：代理只返回静态页面，前端单独发起异步 JS 请求动态数据。服务端性能友好、能挡部分脚本请求，秒杀场景比较合适。

一致性

假定商品数量为 N：

1. 引入 Redis 集群缓存层实现一个令牌桶，令牌桶个数与商品数相同，每个桶的 key 前缀相同、后缀为 1 到 N 的数字；
2. 业务层 server 维护一个局部计数器，请求到达 +1，超过商品数就取模，保证不超过商品数量；
3. 获取并删除令牌的操作用 Lua 脚本封装成原子操作：
   • 第一步先判断令牌 key 是否存在，不存在直接返回，告知用户抢单失败；
   • 如果令牌 key 存在，则删除它并通知业务层 server；
4. 将 Redis 令牌桶 key 与 DB 中的商品 id 关联，业务层获取令牌成功后，才真正与 DB 交互（实际只有 N 个连接进入 DB，DB 压力大大减小），再创建订单并返回抢单成功。

高可用

1. DNS 分区域调度和解析保证整个系统可用性；
2. Redis 组建多主多从的高可用集群；
3. 应用层无状态化 + 负载均衡，便于横向扩容。