Newbe.Claptrap 框架非常適合于解決具有并發(fā)問(wèn)題的業(yè)務(wù)系統(tǒng)?；疖?chē)票售票系統(tǒng)，就是一個(gè)非常典型的場(chǎng)景用例。

本系列我們將逐步從業(yè)務(wù)、代碼、測(cè)試和部署多方面來(lái)介紹，如何使用 Newbe.Claptrap 框架來(lái)構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)易的火車(chē)票售票系統(tǒng)。

吹牛先打草稿

讓我們來(lái)首先界定一個(gè)這個(gè)簡(jiǎn)易的火車(chē)售票系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邊界和系統(tǒng)性能要求。

業(yè)務(wù)邊界

該系統(tǒng)僅包含車(chē)票的余票管理部分。即查詢(xún)剩余座位，下單買(mǎi)票減座。

而生成訂單信息，付款，流量控制，請(qǐng)求風(fēng)控等等都不包含在本次討論的范圍中。

業(yè)務(wù)用例

• 查詢(xún)車(chē)票余票，能夠查詢(xún)兩個(gè)車(chē)站間可用的車(chē)次剩余座位數(shù)量
• 查詢(xún)車(chē)次對(duì)應(yīng)的車(chē)票余票，能夠查詢(xún)給定的車(chē)次，在各個(gè)車(chē)站之間還有多少剩余座位
• 支持選座下單，客戶(hù)能夠選擇給定的車(chē)次及座位，并下單買(mǎi)票

性能要求

• 查詢(xún)余票和下單購(gòu)票消耗平均不得超過(guò) 20ms。該時(shí)間僅包含服務(wù)端處理時(shí)間，即頁(yè)面網(wǎng)絡(luò)傳輸，頁(yè)面渲染等等不是框架關(guān)心的部分不計(jì)算在內(nèi)。
• 余票查詢(xún)可以存在延時(shí)，但不是超過(guò) 5 秒鐘。延時(shí)，即表示，可能查詢(xún)有票，但是下單無(wú)票的情況時(shí)被允許的。

難點(diǎn)分析

余票管理

火車(chē)票余票管理的難點(diǎn)，其實(shí)就在于其余票庫(kù)存的特殊性。

普通的電商商品，以 SKU 為最小單位，每個(gè) SKU 之間相互獨(dú)立，互不影響。

例如：當(dāng)前我正在售賣(mài)原產(chǎn)自賽博坦星球的阿姆斯特朗回旋加速炮，紅色和白色兩款分別一萬(wàn)個(gè)。那么用戶(hù)在下單時(shí)，只要分別控制紅色和白色兩款的庫(kù)存分別不超賣(mài)即可。他們之間沒(méi)有相互關(guān)系。

但是火車(chē)票余票，卻有所不同，因?yàn)橛嗥睍?huì)受到已賣(mài)票起終點(diǎn)而受到影響。下面結(jié)合一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯模型，來(lái)詳細(xì)的了解一下這種特殊性。

現(xiàn)在，我們假設(shè)存在一個(gè)車(chē)次，分別經(jīng)過(guò) a,b,c,d 四個(gè)站點(diǎn)，同時(shí)，我們簡(jiǎn)化場(chǎng)景，假設(shè)車(chē)次中只有一個(gè)座位。

那么在沒(méi)有任何人購(gòu)票之前，這個(gè)車(chē)次的余票情況就如下所示：

起終點(diǎn) 余票量

a,b 1

a,c 1

a,d 1

b,c 1

b,d 1

c,d 1

如果現(xiàn)在有一位客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)了一張 a,c 的車(chē)票。那么由于只有一個(gè)座位，所以，a,b 和 b,c 的余票也就都沒(méi)有。余票情況就變成了如下所示：

起終點(diǎn) 余票量

a,b 0

a,c 0

a,d 1

b,c 0

b,d 1

c,d 1

更直白一點(diǎn)，如果有一位客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)了全程車(chē)票 a,d，那么所有的余票都將全部變?yōu)?0。因?yàn)檫@個(gè)座位上始終都坐著這位乘客。

這也就是火車(chē)票的特殊性：同一個(gè)車(chē)次的同一個(gè)座位，其各個(gè)起終點(diǎn)的余票數(shù)量，會(huì)受到已售出的車(chē)票的起終點(diǎn)的影響。

延伸一點(diǎn)，很容易得出，同一車(chē)次的不同座位之間是沒(méi)有這種影響的。

余票查詢(xún)

正如上一節(jié)所述，由于余票庫(kù)存的特殊性。對(duì)于同一個(gè)車(chē)次 a,b,c,d，其可能的購(gòu)票選擇就有 6 種。

并且我們很容易就得出，選擇的種類(lèi)數(shù)的計(jì)算方法實(shí)際上就是在 n 個(gè)站點(diǎn)中選取 2 個(gè)的組合數(shù)，即 c (n,2) 。

那么如果有一輛經(jīng)過(guò) 34 個(gè)站點(diǎn)的車(chē)次，其可能的組合就是 c (34,2) = 561 。

如何高效應(yīng)對(duì)可能存在的多種查詢(xún)也是該系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題。

Claptrap 邏輯設(shè)計(jì)

Actor 模式是天生適合于解決并發(fā)問(wèn)題的設(shè)計(jì)模式。基于該理念之上的 Newbe.Claptrap 框架自然也能夠應(yīng)對(duì)以上提到的難點(diǎn)。

最小競(jìng)爭(zhēng)資源

類(lèi)比多線程編程中 “資源競(jìng)爭(zhēng)” 的概念，這里筆者提出在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的 “最小競(jìng)爭(zhēng)資源” 概念。借助這個(gè)概念可以很簡(jiǎn)單的找到如何應(yīng)用 Newbe.Claptrap 的設(shè)計(jì)點(diǎn)。

例如在筆者售賣(mài)阿布斯特朗回旋加速炮的例子中，同款顏色下的每個(gè)商品都是一個(gè) “最小競(jìng)爭(zhēng)資源”。

注意，這里不是說(shuō)，同款顏色下的所有商品是一個(gè) “最小競(jìng)爭(zhēng)資源”。因?yàn)?#xff0c;如果對(duì)一萬(wàn)個(gè)商品進(jìn)行編號(hào)，那么搶購(gòu)一號(hào)商品和二號(hào)商品，本身其實(shí)不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。因此，每個(gè)商品都是一個(gè)最小競(jìng)爭(zhēng)資源。

那么在火車(chē)票余票的例子中，最小競(jìng)爭(zhēng)資源則是：同一車(chē)次上的同一個(gè)座位。

正如上面所述，同一車(chē)次上的同一座位，在選擇不同的起終點(diǎn)是，余票情況時(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的。具體一點(diǎn)，比如筆者想購(gòu)買(mǎi) a,c 的車(chē)票，而讀者想買(mǎi) a,b 的車(chē)票。那么我們就有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，我們只會(huì)有一個(gè)人能夠成功的購(gòu)買(mǎi)到這個(gè) “最小競(jìng)爭(zhēng)資源”。

這里有一些筆者認(rèn)為可用的例子：

• 在一個(gè)只允許單端登錄的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，一個(gè)用戶(hù)的登錄票據(jù)就是最小競(jìng)爭(zhēng)資源
• 在一個(gè)配置系統(tǒng)中，每個(gè)配置項(xiàng)都是最小競(jìng)爭(zhēng)資源
• 在一個(gè)股票交易市場(chǎng)中，每個(gè)買(mǎi)單或者賣(mài)單都是最小競(jìng)爭(zhēng)資源

這是筆者自己的臆造詞，沒(méi)有參考其他資料，如果有類(lèi)似資料或者名詞可以佐證該內(nèi)容，也希望讀者可以留言說(shuō)明。

最小競(jìng)爭(zhēng)資源 與 Claptrap

之所以要提及 “最小競(jìng)爭(zhēng)資源”，是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì) Claptrap 的 State 時(shí)，區(qū)別最小競(jìng)爭(zhēng)資源是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要依據(jù)。

這里列出一條筆者的結(jié)論：Claptrap 的 State 至少應(yīng)該大于等于 “最小競(jìng)爭(zhēng)資源” 的范圍。

結(jié)合阿布斯特朗回旋加速炮的例子，如果同款顏色的所有商品設(shè)計(jì)在同一個(gè) Claptrap 的 State 中（大于最小競(jìng)爭(zhēng)資源）。那么，不同用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)商品就會(huì)相互影響，因?yàn)?#xff0c;Claptrap 基于的 Actor 模式是排隊(duì)處理請(qǐng)求的。也就是說(shuō)，假設(shè)每個(gè)商品需要處理 10ms，那么最快也需要 10000 * 10 ms 來(lái)處理所有的購(gòu)買(mǎi)請(qǐng)求。但如果每個(gè)商品都進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)商品設(shè)計(jì)為單獨(dú)的 Claptrap 的 State。那么由于他們是互不相關(guān)的。賣(mài)掉所有商品，理論上就只需要 10ms。

也就是說(shuō)：如果 Claptrap 的 State 大于最小競(jìng)爭(zhēng)資源的范圍，系統(tǒng)不會(huì)有正確性的問(wèn)題，但可能有一些性能損失。

在進(jìn)一步，前文提到在火車(chē)售票的例子中，同一車(chē)次上的同一個(gè)座位是最小競(jìng)爭(zhēng)資源，因此，我們可以將這個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體設(shè)計(jì)為 Claptrap 的 State 。但如果設(shè)計(jì)范圍比這個(gè)還小呢？

例如：我們將 Claptrap 的 State 設(shè)計(jì)為同一車(chē)次上同一座位在不同起終點(diǎn)的余票。那么，就會(huì)遇到一個(gè)很傳統(tǒng)的問(wèn)題：“如何確保分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的正確性”。對(duì)于這點(diǎn)，筆者無(wú)法展開(kāi)來(lái)說(shuō)，因?yàn)楣P者也說(shuō)不清楚，就只是草率的丟下一句結(jié)論：“如果 Claptrap 的 State 小于最小競(jìng)爭(zhēng)資源的范圍，Claptrap 間的關(guān)系將會(huì)變得難以處理，存在風(fēng)險(xiǎn)。”

Claptrap 主體設(shè)計(jì)

接下來(lái)，結(jié)合上面所述的理論。我們直接丟出設(shè)計(jì)方案。

將同一車(chē)次上的每個(gè)座位都設(shè)計(jì)為一個(gè) Claptrap - SeatGrain

該 Claptrap 的 State 包含有一個(gè)基本信息

IList<int> Stations

途徑車(chē)站的 id 列表，開(kāi)頭為始發(fā)站，結(jié)尾為終點(diǎn)站。主要購(gòu)票時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證。

Dictionary<int, int> StationDic

途徑車(chē)站 id 的索引反向字典。Stations 是 index-id 的列表，而該字典是對(duì)應(yīng)的 id-index 的字典，為了加快查詢(xún)。

List<string> RequestIds

關(guān)鍵屬性。每個(gè)區(qū)間上，已購(gòu)票的購(gòu)票 id。例如，index 為 0 ，即表示車(chē)站 0 到車(chē)站 1 的購(gòu)票 id。如果為空則表示暫無(wú)認(rèn)購(gòu)票。

有了這數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，那么就可以來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)業(yè)務(wù)了。

驗(yàn)證是否可以購(gòu)買(mǎi)

通過(guò)傳入兩個(gè)車(chē)站 id，可以查詢(xún)到這個(gè)作為是否屬于這個(gè) SeatGrain 。并且查詢(xún)到起終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有區(qū)間段。只要判斷這個(gè)從 RequestIds 中判斷是否所有的區(qū)間段都沒(méi)有購(gòu)票 Id 即可。若都沒(méi)有，則說(shuō)明可以購(gòu)買(mǎi)。如果有任何一段上已有購(gòu)票 Id，則說(shuō)明已經(jīng)無(wú)法購(gòu)買(mǎi)了。

舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)前 Stations 的情況是 10,11,12,13. 而 RequestIds 是 0,1,0。

那么，如果要購(gòu)買(mǎi) 10->12 的車(chē)票，則不行，因?yàn)?RequestIds 第二個(gè)區(qū)間已經(jīng)被購(gòu)買(mǎi)。

但是，如果要購(gòu)買(mǎi) 10->11 的車(chē)票，則可以，因?yàn)?RequestIds 第一個(gè)區(qū)間還無(wú)人購(gòu)買(mǎi)。

購(gòu)買(mǎi)

將起終點(diǎn)對(duì)應(yīng)在 RequestIds 中所有的區(qū)間段設(shè)置上購(gòu)票 Id 即可。

單元測(cè)試用例

可以通過(guò)以下鏈接來(lái)查看關(guān)于以上算法的代碼實(shí)現(xiàn)：

• Github
• Gitee

將同一車(chē)次上的所有座位的余票情況設(shè)計(jì)為一個(gè) Claptrap - TrainGran

該 Claptrap 的 State 包含有一些基本信息

IReadOnlyList<int> Stations

途徑車(chē)站的 id 列表，開(kāi)頭為始發(fā)站，結(jié)尾為終點(diǎn)站。主查詢(xún)時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證。

IDictionary<StationTuple, int> SeatCount

關(guān)鍵屬性。StationTuple 表示一個(gè)起終點(diǎn)。集合包含了所有可能的起終點(diǎn)的余票情況。例如，根據(jù)上文，如果該車(chē)次經(jīng)過(guò) 34 個(gè)地點(diǎn)，則該字典包含有 561 個(gè)鍵值對(duì)

基于以上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只需要在每次 SeatGrain 完成下單后，將對(duì)應(yīng)的信息同步到該 Grain 即可。

例如，假如 a,c 發(fā)生了一次購(gòu)票，則將 a,c /a,b /b,c 的余票都減一即可。

這里可以借助本框架內(nèi)置的 Minion 機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

值得一提的是，這是一個(gè)比 “最小競(jìng)爭(zhēng)資源” 大的設(shè)計(jì)。因?yàn)椴樵?xún)場(chǎng)景在該業(yè)務(wù)場(chǎng)景中不需要絕對(duì)的快速。這樣設(shè)計(jì)可以減少系統(tǒng)的復(fù)雜度。

小結(jié)

本篇，我們通過(guò)業(yè)務(wù)分析，得出了火車(chē)票余票管理和 Newbe.Claptrap 的結(jié)合點(diǎn)。

后續(xù)我們將圍繞本篇的設(shè)計(jì)，說(shuō)明如何進(jìn)行開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署。

實(shí)際上，項(xiàng)目源碼已經(jīng)構(gòu)建完畢，讀者可以從以下地址獲取：

• Github
• Gitee

特別感謝 wangjunjx8868 采用 Blazor 為本樣例制作的界面。

最后但是最重要！

最近作者正在構(gòu)建以反應(yīng)式、Actor模式和事件溯源為理論基礎(chǔ)的一套服務(wù)端開(kāi)發(fā)框架。希望為開(kāi)發(fā)者提供能夠便于開(kāi)發(fā)出 “分布式”、“可水平擴(kuò)展”、“可測(cè)試性高” 的應(yīng)用系統(tǒng) ——Newbe.Claptrap

本篇文章是該框架的一篇技術(shù)選文，屬于技術(shù)構(gòu)成的一部分。如果讀者對(duì)該內(nèi)容感興趣，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)、評(píng)論、收藏文章以及項(xiàng)目。您的支持是促進(jìn)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。

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總結(jié)

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