微信红包系统的高并发解决方案

微信红包系统是一个高并发的资金交易系统，最大的技术挑战是保障并发性能与资金安全。这种全新的技术挑战，传统的“秒杀”系统设计方案已不能完全解决。微信红包系统针对相应的技术难点，采用了下面几个方案，解决高并发问题。

1.系统垂直SET化，分而治之。

微信红包用户发一个红包时，微信红包系统生成一个ID作为这个红包的唯一标识。接下来这个红包的所有发红包、抢红包、拆红包、查询红包详情等操作，都根据这个ID关联。

红包系统根据这个红包ID，按一定的规则（如按ID尾号取模等），垂直上下切分。切分后，一个垂直链条上的逻辑Server服务器、DB统称为一个SET。

各个SET之间相互独立，互相解耦。并且同一个红包ID的所有请求，包括发红包、抢红包、拆红包、查详情详情等，垂直stick到同一个SET内处理，高度内聚。通过这样的方式，系统将所有红包请求这个巨大的洪流分散为多股小流，互不影响，分而治之，如下图所示。

这个方案解决了同时存在海量事务级操作的问题，将海量化为小量。

2.逻辑Server层将请求排队，解决DB并发问题。

红包系统是资金交易系统，DB操作的事务性无法避免，所以会存在“并发抢锁”问题。但是如果到达DB的事务操作（也即拆红包行为）不是并发的，而是串行的，就不会存在“并发抢锁”的问题了。

按这个思路，为了使拆红包的事务操作串行地进入DB，只需要将请求在Server层以FIFO（先进先出）的方式排队，就可以达到这个效果。从而问题就集中到Server的FIFO队列设计上。

微信红包系统设计了分布式的、轻巧的、灵活的FIFO队列方案。其具体实现如下：

首先，将同一个红包ID的所有请求stick到同一台Server。

上面SET化方案已经介绍，同个红包ID的所有请求，按红包ID stick到同个SET中。不过在同个SET中，会存在多台Server服务器同时连接同一台DB（基于容灾、性能考虑，需要多台Server互备、均衡压力）。

为了使同一个红包ID的所有请求，stick到同一台Server服务器上，在SET化的设计之外，微信红包系统添加了一层基于红包ID hash值的分流。

其次，设计单机请求排队方案。

将stick到同一台Server上的所有请求在被接收进程接收后，按红包ID进行排队。然后串行地进入worker进程（执行业务逻辑）进行处理，从而达到排队的效果。

最后，增加memcached控制并发。为了防止Server中的请求队列过载导致队列被降级，从而所有请求拥进DB，系统增加了与Server服务器同机部署的memcached，用于控制拆同一个红包的请求并发数。

具体来说，利用memcached的CAS原子累增操作，控制同时进入DB执行拆红包事务的请求数，超过预先设定数值则直接拒绝服务。用于DB负载升高时的降级体验。

通过以上三个措施，系统有效地控制了DB的“并发抢锁”情况。

3.双维度库表设计，保障系统性能稳定

红包系统的分库表规则，初期是根据红包ID的hash值分为多库多表。随着红包数据量逐渐增大，单表数据量也逐渐增加。而DB的性能与单表数据量有一定相关性。当单表数据量达到一定程度时，DB性能会有大幅度下降，影响系统性能稳定性。采用冷热分离，将历史冷数据与当前热数据分开存储，可以解决这个问题。

处理微信红包数据的冷热分离时，系统在以红包ID维度分库表的基础上，增加了以循环天分表的维度，形成了双维度分库表的特色。

具体来说，就是分库表规则像db_xx.t_y_dd设计，其中，xx/y是红包ID的hash值后三位，dd的取值范围在01~31，代表一个月天数最多31天。

通过这种双维度分库表方式，解决了DB单表数据量膨胀导致性能下降的问题，保障了系统性能的稳定性。同时，在热冷分离的问题上，又使得数据搬迁变得简单而优雅。

综上所述，微信红包系统在解决高并发问题上的设计，主要采用了SET化分治、请求排队、双维度分库表等方案，使得单组DB的并发性能提升了8倍左右，取得了很好的效果。

在分析了业界“秒杀”系统解决方案的基础上，微信红包采用了SET化、请求排队串行化、双维度分库表等设计，形成了独特的高并发、资金安全系统解决方案，并在平时节假日、2015和2016春节实践中充分证明了可行性，取得了显著的效果。在刚刚过去的2017鸡年除夕夜，微信红包收发峰值达到76万每秒，收发微信红包142亿个，微信红包系统的表现稳定，实现了除夕夜系统零故障。

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