也谈铁路订票系统的优化
2012/01/17 12:10 | by ipaddr ]
近来诸多牛人在讨论12306.cn网站的优化，做为一名电商网站的技术人员，以及多次在12306.cn网站购票成功的IT人士，也参与大致分析一下。
网上传播较广的优化文章主要有两篇：
1. 云风同学设计的排队系统: http://blog.codingnow.com/2012/01/ticket_queue.html
没细看，个人觉得这系统意义不大，解决不了关键问题，再牛B的排队系统，队伍排得再漂亮，没人插队，没人攻击，用户登录后，你提醒他前面还有8亿人在等待，再过2小时后来试试运气，照样骂声一片。当然适当运用队列系统来缓解后端压力，避免雪崩，也是可以参考的。(比如现在的12306，后端处理不过来，直接拒绝登录，让你在门外排队)
2. 陈皓同学的整站性能分析: http://www.udpwork.com/item/6708.html
对业务场景的分析很到位，12306.cn网站，与新闻门户，IM聊天工具，网游，微博业务完全不一样；根据CAP理论，后者由于对数据一致性要求不是很高，或者没有集中的数据资源，所以对数据做分区和平行扩展是容易很多很多的。另外，此文的结论也高度赞同。
这类电商网站具有很强的事务性，对数据一致性要求极高，不可能同一个座位卖给两个人，也不可能卖得超载，否则非在车上打起来不可。订单逻辑比淘宝之类的还要复杂一些，因为还有一个分配座位这个逻辑。
而且还有一个极其变态的规则：票是稀缺资源，不可能人手一张，只能靠抢；这就直接导致大家在放票的那段时间，全部登录到系统抢票，注定这类系统容易雪崩，系统设计时一定要考虑极端情况，在达到性能瓶颈时必须快速的丢掉一些用户请求，保证系统可用。
强事务的系统，数据层的分区设计和优化才是关键；
WEB层优化比较容易，js,css,image之类的使用常规的压缩、合并、客户端缓存、CDN分布，基本上没啥难度；
逻辑层也不复杂，不存在数据，可以很容易的平行扩展，但设计很关键；
数据层会是整个系统的性能瓶颈，因为最底层下订单时，必须会有锁表，可能在车次，或者是车箱级别锁表，下订单是串行的，这里没法并发。
以下简单讲一下核心业务逻辑（下订单）的一个优化思路。
主要有二个核心操作：
a. 查询车次
b. 下订单和分配座位
几个关键的数据：
1.库存表（余票信息）
2.订单表
数据库的优化：
1. 库存表
a. 数据按日期分区，因为前端入口是按日期来查询的，所以按日期分区是相当容易的。
b. 余票信息，分两张表：
表A: 用来实时生成订单，这张表会锁表
关键字段如下： 日期 ｜ 车次 ｜ 席别（坐，卧，无） ｜ 余票数
注意，这里同一个车次，将不同席别分成了多条记录，以避免单行锁表时，不影响其它席别的购票。可根据机器性能情况，按车次再进行数据分区。如果性能仍不能满足要求，可以再细分到车箱级别进行锁表。
表B: 用于用户订票的第一个查询车次的页面，需要将表A的数据，定期同步过来，做些汇总给用户查询，这里的数据只读，并且可以复制N多份，数据量不大，可全内存化，以优化查询性能。
关键字段如下：日期 ｜ 车次 ｜坐余票数 ｜卧余票数｜ 无坐余票数
注意，数据是旁路进程从表A同步过来的，非实时数据，同步粒度可以是秒级或分钟级，这地方没有实时数据的要求，因为这类系统库存信息变化太快，用户在第一个页面看到的库存，一定不等于下订单页面的库存。
2. 订单表
分两张表，分别为实时订单，以及取票订单表
实时订单表：在下订单页面，只存在写操作，性能问题不大
关键字段：日期 ｜证件号｜车次 ｜ 席别 ｜ 数量（1）｜ 所属用户 ｜ 其它信息
注意：这里没有座位号信息，下订单时，不需要分配座位号
取票订单表：用户支付成功后，由一个旁路进程（位置分配进程），将实时订单表的数据，按坐位分配规则，写入到这张表。为便于取票，可以按证件号将数据进行分区。
关键字段： 日期 ｜证件号｜车次 ｜席别 ｜ 座位号
业务逻辑优化：
根据上面的表设计，基本可以看出业务如何实现了：
1. 查询车次页面：读余票B表，只读，可复制N份，平行扩展。
2. 下订单：根据用户请求，对余票A表进行锁表，行级锁，读出余票数，判断是否有余票，有的话，余票数减1，订票成功，写实时订单表。这地方千万不要去分配座位。
3. 用户支付
4. 支付成功后，通知用户订票成功，后端进程再去分配座位。分配座位实时性要求不高，可以几小时后完成，发邮件或短信通知用户都OK。
5. 除此之外，以上逻辑没有考虑单个证件订多张票的问题，这个可以将订单A表的非实时数据，多复制几份进行查询。
经过以上优化，性能应该有很大提升，数据层也有了很大的平行扩展的能力了。
总结一下：
A. 经过以上调整，性能会有较大提升，但肯定还会有骂声，因为核心问题是票不够抢，假设10分钟内所有票都卖完了，估计没抢到的会骂娘，民工兄弟也会骂娘。
B. 不管骂声多大，铁老大开通网站卖票，并承诺不断改进，这绝对是一个进步。
C. 核心问题是运力不足，如果车次能增加一倍的话，估计啥问题都解决了，也没人抢票了。(是车次增加一倍，不是铁轨增加一倍，要加强调度能力了)
D. 再深层点的原因，是地区发展不平衡导致，如果大家都在离家100公里内的地方工作，没必要这么折腾了。
