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[ASP.net教程]微信红包技术分析


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计算: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。2014年微信红包使用数据库硬抗整个流量,2015年使用cache抗流量。

实时性:为什么明明抢到红包,点开后发现没有,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。

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。

红包的设计:微信从财付通拉取金额数据过来,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。


import java.util.Random;/* * floor 向下取整 * round 四舍五入 * ceil 向上取整 */public class LuckyMoney {  private static final double BASEMONEY = 0.01;  public static void main(String[] args) {    int totalNum = 3;    double totalMoney = 1;    for (int i = 0; i < 100; i++)      dispatch(totalNum, totalMoney);  }  private static void dispatch(int totalNum, double totalMoney) {    try {      verifyData(totalNum, totalMoney);      double sendMoney = 0.0;      RedPacket redPacket = new RedPacket(totalNum, totalMoney);      while (redPacket.num >= 1) {        Random r = new Random();        double min = BASEMONEY;        double max = (redPacket.money / redPacket.num) * 2;        double money = r.nextFloat() * max;        if (redPacket.num == 1) {          money = (sendMoney + redPacket.money == 1)              ? redPacket.money              : (redPacket.money + 0.01);        }        money = (money <= min ? min : Math.floor(money * 100) / 100);        sendMoney += money;        System.out.println("第" + (totalNum + 1 - redPacket.num)            + "个红包金额:" + money + ", 剩余红包金额:"            + (Math.ceil((totalMoney - sendMoney) * 100) / 100));        redPacket.num--;        redPacket.money = Math.floor((redPacket.money - money) * 100) / 100;      }    } catch (Exception e) {      e.printStackTrace();    }  }  private static void verifyData(int totalNum, double totalMoney)      throws Exception {    if (totalMoney < (totalNum * BASEMONEY)) {      System.err.println("钱太少,不够分");      throw new Exception("Error");    }  }}class RedPacket {  int num;  double money;  public RedPacket(int num, double money) {    this.num = num;    this.money = money;  }}

该算法会出现金额一样的,但是手气最佳只有一个,先抢到的那个最佳。

并发性处理:红包如何计算被抢完?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。财富通如何保持8w每秒的写入?多主sharding,水平扩展机器。数据容量多少?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。查询红包分配,压力大不?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。一个红包一个队列?没有队列,一个红包一条数据,数据上有一个计数器字段。

拆包:为了保证每次操作的原子性,拆包过程中使用了CAS,确保每次只有一个并发用户拆包成功。拆包CAS失败的用户可以由系统自动进行重试。但也有可能在重试过程中被别的用户抢得先机而空手而归,因此严格意义拆包的调用也未能保证用户先到先得。

预分配策略和实时计算策略:微信红包为了减少存储,每次进行了一个理解稍复杂的实时计算。对比大部分架构师想到的预分配金额的做法,预先分配金额需要将金额保存在一个内存队列中,如果红包的份额较多,则需要较大的存储空间。而微信红包仅保存 count:balance这样2个数字。count指还剩几个人可以抢,balance只还剩下的金额。但是预分配金额也并不是非得需要额外存储。比如利用随机算法,在种子相同的情况下,随机数实际上返回的随机序列也是固定的。因此预分配金额也只需要额外存储一个种子,或利用一些红包id做加密变换做seed达到零存储。而在发放红包时候,无需进行CAS操作,而只需要对剩余红包count做一个DECR操作。当count<0时,表示红包被拆包抢完。由于DECR是原子操作,无需加锁,用简单的方法达到了先拆包先得,原理上不存在早拆包但由于并发冲突失败而抢不到红包的情况。每个人分配的金额是:total * random(n) / random_total,不需要重复计算。random(1)..random(n)不需要保存,因为对于给定的seed,random(1)到random(n)返回是固定的。

参考文献:

[1] https://www.zhihu.com/question/22625187

[2] https://www.zybuluo.com/yulin718/note/93148