大促风暴眼：10万+/秒请求下，百万优惠券如何精准发放不超发？
发布时间：2025-11-04 19:49:42 来源：创站工坊 作者：系统运维
每一场电商大促，大促都是风暴发放一场没有硝烟的技术战争。而“优惠券”作为刺激消费的眼万优惠核心武器，其发放系统的秒请稳定性与准确性，直接关系到用户体验和平台的求下券何真金白银。想象一下这样一个场景：平台精心准备了100万张优惠券，百万不超作为引爆流量的精准爆点。活动上线瞬间，大促汹涌的风暴发放流量洪峰扑来，每秒超过10万次的眼万优惠请求高喊着：“给我一张券！”。秒请此时，求下券何系统后端那记录着“库存：1,百万不超000,000”的数据库，成为了风暴的精准中心。
超发——那个不能承受之痛
所谓“超发”，大促就是系统发出的优惠券数量超过了预设的库存。这不仅仅是“多发了几张券”那么简单，它会导致：
1. 资损风险：超发的优惠券被用户使用，平台需要承担额外的免费源码下载成本。
2. 用户投诉与舆情危机：抢到券的用户发现无法使用，或订单被取消，会引发大面积的用户不满和信任危机。“玩不起就别玩”的舆论会迅速发酵。
3. 平台信誉受损：一次超发事故，足以让平台长期建立的公信力大打折扣。
那么，在每秒10万次请求的冲击下，我们如何构建一个固若金汤的防超发系统，确保发出去的每一张券都在100万库存之内呢？让我们从最简单的方案开始，逐步深入到能够抵御洪峰的架构。
第一章：天真与陷阱 —— 为什么简单的SQL更新会失灵？
很多开发者的第一反应可能是：这还不简单？在发券时，先查询一下当前库存，如果大于0，再执行库存扣减和发券操作。
对应的SQL伪代码可能是这样：
复制-- 1. 查询库存 SELECT stock FROM coupon WHERE id = #{couponId}; -- 2. 应用层判断 if (stock > 0) { // 3. 扣减库存 UPDATE coupon SET stock = stock - 1 WHERE id = #{couponId}; // 4. 给用户发券 INSERT INTO user_coupon (user_id, coupon_id) VALUES (#{userId}, #{couponId}); }1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.这个逻辑在单线程或低并发下完美无缺。但在每秒10万请求的并发环境下，亿华云计算它不堪一击。问题就在于竞态条件（Race Condition）。
并发场景模拟：
假设此时库存只剩1张，同时有两个用户A和B发来了请求。
1. 请求A和请求B同时执行了 SELECT 语句，它们都读到了 stock = 1。
2. 两个请求在应用逻辑判断中都顺利通过 (stock > 0)。
3. 请求A先执行了 UPDATE，将库存成功扣减为0。
4. 紧接着，请求B也执行了 UPDATE。由于它不知道库存已经被A修改，这条语句依然会执行成功（MySQL的Update本身是原子的，stock = stock - 1 会导致 stock = -1！）。
结果： 1张库存，发出了2张券，超发了！
问题的根源在于，“查询”和“更新”是两个独立的操作，它们组成的复合逻辑在并发下不是原子性的。
第二章：数据库的铜墙铁壁 —— 悲观锁与乐观锁
要解决原子性问题，我们首先想到的高防服务器就是求助数据库的“锁”。
方案一：悲观锁 —— “先占坑，再办事”悲观锁的思想是，我认为任何时候都会发生并发冲突，所以我在操作数据之前，先把它锁住，让别人无法操作。
在MySQL中，我们可以使用 SELECT ... FOR UPDATE 来实现。
复制BEGIN; -- 开启事务 -- 1. 查询并锁定这条优惠券记录 SELECT stock FROM coupon WHERE id = #{couponId} FOR UPDATE; -- 2. 判断库存 if (stock > 0) { // 3. 扣减库存 UPDATE coupon SET stock = stock - 1 WHERE id = #{couponId}; // 4. 给用户发券 INSERT INTO user_coupon (user_id, coupon_id) VALUES (#{userId}, #{couponId}); } COMMIT; -- 提交事务，释放锁1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.工作原理： 当请求A执行 SELECT ... FOR UPDATE 时，数据库会为这条记录加上行锁。在事务提交前，请求B执行同样的语句会被阻塞，直到请求A的事务结束释放锁。此时请求B读到的 stock 已经是0，判断失败，不会发券。
优缺点：
• 优点：简单，能有效防止超发。
• 缺点：
性能瓶颈：所有请求串行化，在高并发下，数据库连接迅速被占满，大量请求排队等待，导致系统响应缓慢甚至超时。10万QPS直接压垮数据库。
死锁风险：复杂的锁依赖可能导致死锁。
结论：悲观锁适用于并发量不高的场景，在10万QPS的洪峰下，它不是一个可行的选择。
方案二：乐观锁 —— “相信美好，但验证一下”乐观锁的思想与悲观锁相反，我认为冲突很少发生，所以我不加锁，直接去更新。但在更新时，我会检查一下在我之前有没有人修改过这个数据。
通常我们使用一个版本号（version）字段来实现。
表结构增加一列：version int。
复制-- 1. 查询当前库存和版本号 SELECT stock, version FROM coupon WHERE id = #{couponId}; -- 2. 应用层判断库存 if (stock > 0) { // 3. 扣减库存，但附加上版本号条件 UPDATE coupon SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = #{couponId} AND version = #{oldVersion}; // 4. 判断UPDATE是否成功 if (affected_rows > 0) { // 更新成功，说明没有并发冲突，发券 INSERT INTO user_coupon (user_id, coupon_id) VALUES (#{userId}, #{couponId}); } else { // 更新失败，说明在我查询之后，库存已经被别人修改。重试或返回失败。 } }1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.工作原理： 请求A和B都读到了 version = 1。请求A先执行Update，条件 version=1 成立，库存被扣减，同时 version 变为2。请求B再执行Update时，条件 version=1 已经不成立，所以更新影响行数为0，请求B失败。
优缺点：
• 优点：避免了悲观锁的巨大性能开销，适合读多写少的场景。
• 缺点：
高失败率：在极高并发下，大量请求会更新失败，用户体验不佳（明明看到有券，一点就没了）。
需要重试机制：通常需要配合重试（例如在应用层循环重试几次），增加了复杂度。
结论：乐观锁比悲观锁性能好很多，但在瞬时10万QPS的极端场景下，大量的失败和重试对数据库的冲击依然不小，并非最优解。
第三章：迈向巅峰 —— 将库存前置到缓存
数据库终究是持久化存储，其IO性能有上限。要应对10万QPS，我们必须将主战场转移到更快的内存中。这就是引入缓存（如Redis）的原因。
方案三：Redis原子操作 —— “一锤定音”Redis是单线程工作模型，所有的命令都是原子执行的。我们可以利用这个特性，将库存扣减这个核心逻辑放在Redis中完成。
步骤：
1. 预热：活动开始前，将库存数量100万写入Redis。
复制SET coupon_stock:123 10000001.2. 扣减：用户请求时，使用Redis的 DECR 或 DECRBY 命令。
复制// 伪代码示例 public boolean tryAcquireCoupon(Long couponId, Long userId) { // 使用 DECR 原子性扣减库存 Long currentStock = redisTemplate.opsForValue().decrement("coupon_stock:" + couponId); if (currentStock >= 0) { // 扣减成功，库存>=0，说明用户抢到了资格 // 此时可以异步地向数据库写入发券记录 asyncService.sendMessageToMQ("coupon_acquired", userId, couponId); return true; } else { // 扣减后库存小于0，说明已抢光，需要回滚刚才的扣减 redisTemplate.opsForValue().increment("coupon_stock:" + couponId); return false; } }1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.为什么是原子性的？DECR 命令在Redis内部一步完成“读取-计算-写入”，不存在并发干扰。即使10万个请求同时执行 DECR，Redis也会让它们排队，一个一个执行。第一个请求执行后库存变为999999，第二个变为999998...直到0，然后是-1, -2...
关键点：
• 判断时机：我们通过判断 DECR 后的结果是否 >=0 来决定是否成功。等于0是最后一张，大于0是普通情况，小于0则意味着超发（我们通过后面的 INCR 进行回滚，实际上并未超发）。
• 异步落库：Redis只负责处理最核心的库存扣减逻辑。真正的发券记录（写入用户券表）可以通过消息队列异步化，这样就把数据库的巨大写入压力给化解了。
这个方案已经非常强大了，但它还有一个潜在问题：在库存为1时，瞬间有1万个请求执行了 DECR，实际上只有1个请求会成功（结果=0），另外9999个请求都会失败（结果<0）。虽然逻辑正确，但这9999次对Redis的写操作其实是浪费的，因为库存明明已经没了。
方案四：Redis + Lua脚本 —— “终极武器”我们可以通过Lua脚本，将“判断库存”和“扣减库存”等多个操作在Redis服务端一次性、原子性地完成，从而获得极致的性能和控制力。
Lua脚本在Redis中执行时，可以视为一个事务，不会被其他命令打断。
复制-- try_acquire_coupon.lua local stockKey = KEYS[1] -- 库存Key local userId = ARGV[1] -- 用户ID local couponId = ARGV[2] -- 券ID -- 1. 获取当前库存 local stock = tonumber(redis.call(GET, stockKey)) -- 2. 库存不足，直接返回 if stock <= 0 then return -1 -- 库存不足的标识 end -- 3. 库存充足，执行扣减 redis.call(DECR, stockKey) -- 这里理论上还可以做更多事情，比如将用户ID写入一个“抢到券的用户集合”，用于防重复抢购 -- redis.call(SADD, coupon_winner_set, userId) return 1 -- 抢券成功的标识1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.在Java应用中调用该脚本：
复制// 预加载脚本，获取一个sha1标识 String script = "lua脚本内容..."; String sha = redisTemplate.scriptLoad(script); public boolean tryAcquireCoupon(Long couponId, Long userId) { List<String> keys = Arrays.asList("coupon_stock:" + couponId); Object result = redisTemplate.execute( new RedisCallback<Object>() { @Override public Object doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException { // 使用evalsha执行脚本，性能更好 return connection.evalSha(sha, ReturnType.INTEGER, 1, keys.get(0).getBytes(), userId.toString().getBytes(), couponId.toString().getBytes()); } } ); Long res = (Long) result; if (res == 1) { // 成功，异步落库 asyncService.sendMessageToMQ("coupon_acquired", userId, couponId); return true; } else { // 失败，res == -1 return false; } }1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.Lua脚本方案的优势：
1. 极致的原子性：所有逻辑在一个脚本中完成，无竞态条件。
2. 极少的网络IO：一次脚本调用代替了多次 GET/DECR 等命令的往返。
3. 可扩展性：可以在脚本内轻松实现更复杂的逻辑，如记录用户ID防止同一用户重复抢购（通过Redis的Set结构）。
4. 性能巅峰：这是应对超高并发读写的终极方案，能够最大限度地发挥Redis的性能。
第四章：构建完整的防御体系
单一的技术方案再强大，也需要一个完整的系统架构来支撑。一个成熟的大促发券系统，还需要考虑以下方面：
1. 网关层限流与防护：在流量入口（如API网关）就进行限流，将超过系统处理能力的请求直接拒绝掉，保护下游服务。例如，设置每秒最多通过15万个请求。
2. 缓存集群与分片：单机Redis可能有性能瓶颈或单点故障风险。我们需要使用Redis集群，并通过合理的分片策略（例如按优惠券ID分片），将不同优惠券的请求分散到不同的Redis节点上。
3. 异步化与消息队列：正如前面提到的，抢券资格判断（Redis操作）和实际发券（数据库操作）必须解耦。使用RabbitMQ、RocketMQ或Kafka，将抢券成功的消息发送到队列，由下游的消费者服务按自己的能力从队列中取出消息，平稳地写入数据库。
4. 令牌桶或漏桶算法：在应用层，可以使用令牌桶算法进一步平滑请求，防止瞬间流量冲垮Redis。例如，每秒只发放500个令牌到令牌桶，请求拿到令牌后才能去执行Lua脚本抢券。
5. 降级与熔断：如果Redis或数据库出现异常，系统需要有自动降级策略（如直接返回“活动太火爆”页面）和熔断机制，防止雪崩效应。
总结
面对“100万库存，10万+/秒请求”的极端场景，我们的技术选型路径是清晰的：
初级方案（不可行）：查询再更新 → 必然超发中级方案（不适用）：数据库悲观/乐观锁 → 性能瓶颈高级方案（可行）：Redis原子操作（DECR） → 性能良好，略有浪费终极方案（推荐）：Redis Lua脚本 + 异步消息队列 + 网关限流
这个终极方案的精髓在于：
• 核心逻辑原子化：利用Redis单线程和Lua脚本的原子性，在内存中完成最关键的库存扣减判断，速度快且绝不超发。
• 读写操作解耦：前端快速判断资格，后端异步持久化数据，保护脆弱的关系型数据库。
• 流量层层过滤：通过网关限流、应用层限流等手段，将超出系统设计容量的流量提前拒之门外。
通过这样一套组合拳，我们才能在大促的流量风暴中，真正做到忙而不乱，精准发放，让每一张优惠券都“师出有名”，守护好系统的稳定与平台的声誉。这正是高并发系统设计的艺术与魅力所在。
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