微信红包实现原理探讨

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咏天
2016.02.18 18:26* 字数 1925

一、背景

以下内容基于QCon某高可用架构群讨论总结

群里某同学问起微信红包架构,腾讯财付通同学作出解答,以下实现原理根据对话内容推导得出,不代表官方实现。

实现方式千百种,不追求方法复制,只追求推导过程的思考总结。最后转了新浪微博Tim总的另一种实现方式。

二、微信红包实现原理

关键设计

  • 通过cache抵挡大部分请求(是否能拆红包等)
  • DB使用CAS操作更新红包计数记录
  • DB、cache使用sharding,可水平扩展

1. 新建红包

  • 在DB、cache各新增一条记录

2. 抢红包

  • 请求访问cache,剩余红包个数大于0则可拆开红包

3. 拆红包

  • 请求访问cache,剩余红包个数大于0则继续,同时获取可抢红包数与金额
  • 计算金额(从1分到剩余平均值2倍之间随机数,如果不是最后一个红包,剩余金额预留最少1分给cas更新失败,最后一位拿红包的人)
  • cas更新数据库(更新红包计数表记录【剩余红包个数、剩余红包金额】、插入领取记录)
    • 更新失败,重复以上操作,直到更新成功或已领取完
    • 更新成功,更新缓存

DB实现CAS操作伪代码(说明作用):

while (hadHongBao()) {
    //剩余红包个数
    def remainCount = getRemainCount() 
    //实时计算获取红包金额
    def getAmount = calculateAmount() 
    def result = sql.excute("update '红包计算表' set balance=${total-getAmount}, remainCount=${remainCount-1} where remainCount=${remainCount} and id=${id}")
    // 更新失败既继续执行循环,直到更新成功或已领取完,达到CAS效果
    if (result > 0) {
        // 更新成功,执行更新缓存等后续操作
        // ......
        break
    }
}

DB、cache主要数据结构

  1. DB:红包计数表【主要字段:红包总金额、红包总个数、剩余红包个数、剩余红包金额】
  2. cache:红包计数记录【主要字段:剩余红包个数、剩余红包金额】

其他补充

注:DB、cache使用sharding,访问量增大,DB、cache、服务端都可水平扩展。

三、FAQ

上述内容讲解了抢红包关键实现原理,更多其他细节请看下述群记录摘要(以下内容转载自:https://www.zybuluo.com/yulin718/note/93148

  1. 微信的金额什么时候算?
    答:微信金额是拆的时候实时算出来,不是预先分配的,采用的是纯内存计算,不需要预算空间存储。。
    采取实时计算金额的考虑:预算需要占存储,实时效率很高,预算才效率低。

  2. 实时性:为什么明明抢到红包,点开后发现没有?
    答:2014年的红包一点开就知道金额,分两次操作,先抢到金额,然后再转账。
    2015年的红包的拆和抢是分离的,需要点两次,因此会出现抢到红包了,但点开后告知红包已经被领完的状况。进入到第一个页面不代表抢到,只表示当时红包还有。

  3. 分配:红包里的金额怎么算?为什么出现各个红包金额相差很大?
    答:随机,额度在0.01和剩余平均值2之间。
    例如:发100块钱,总共10个红包,那么平均值是10块钱一个,那么发出来的红包的额度在0.01元~20元之间波动。
    当前面3个红包总共被领了40块钱时,剩下60块钱,总共7个红包,那么这7个红包的额度在:0.01~(60/7
    2)=17.14之间。
    注意:这里的算法是每被抢一个后,剩下的会再次执行上面的这样的算法(Tim老师也觉得上述算法太复杂,不知基于什么样的考虑)。
    这样算下去,会超过最开始的全部金额,因此到了最后面如果不够这么算,那么会采取如下算法:保证剩余用户能拿到最低1分钱即可。
    如果前面的人手气不好,那么后面的余额越多,红包额度也就越多,因此实际概率一样的。

  4. 红包的设计
    答:微信从财付通拉取金额数据郭莱,生成个数/红包类型/金额放到redis集群里,app端将红包ID的请求放入请求队列中,如果发现超过红包的个数,直接返回。根据红包的裸祭处理成功得到令牌请求,则由财付通进行一致性调用,通过像比特币一样,两边保存交易记录,交易后交给第三方服务审计,如果交易过程中出现不一致就强制回归。

  5. 高并发处理:红包如何计算被抢完?
    答:cache会抵抗无效请求,将无效的请求过滤掉,实际进入到后台的量不大。cache记录红包个数,原子操作进行个数递减,到0表示被抢光。财付通按照20万笔每秒入账准备,但实际还不到8万每秒。

  6. 通如何保持8w每秒的写入?
    答:多主sharding,水平扩展机器。

  7. 据容量多少?
    答:一个红包只占一条记录,有效期只有几天,因此不需要太多空间。

  8. 询红包分配,压力大不?
    答:抢到红包的人数和红包都在一条cache记录上,没有太大的查询压力。

  9. 一个红包一个队列?
    答:没有队列,一个红包一条数据,数据上有一个计数器字段。

  10. 有没有从数据上证明每个红包的概率是不是均等?
    答:不是绝对均等,就是一个简单的拍脑袋算法。

  11. 拍脑袋算法,会不会出现两个最佳?
    答:会出现金额一样的,但是手气最佳只有一个,先抢到的那个最佳。

  12. 每领一个红包就更新数据么?
    答:每抢到一个红包,就cas更新剩余金额和红包个数。

  13. 红包如何入库入账?
    数据库会累加已经领取的个数与金额,插入一条领取记录。入账则是后台异步操作。

  14. 入帐出错怎么办?比如红包个数没了,但余额还有?
    答:最后会有一个take all操作。另外还有一个对账来保障。

四、另一种实现

群里讨论实现原理时,多人提出预分配金额的实现方式(新建红包时已分配好每一位抢到红包的金额),减少实时计算及CAS操作的性能损耗,财付通同学说到预分配金额还需要额外存储空间(更重要的可能是现在的实现方式已满足需求),后来新浪微博Tim总提出预分配方式不占用额外存储空间的方式,详细请看:
<a href="http://timyang.net/architecture/wechat-red-packet/">微信红包金额分配的算法</a>

实现原理

  • 通过保存random seed达到预分配金额效果,既无需记录剩余红包金额,只需记录红包剩余数
  • 抢红包时,针对红包剩余数进行DESC原子操作,当红包剩余数为0既抢完
日记本