IT一家言：12306已近技術(shù)極限

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　聲明：本文原作者“代碼狗”，內(nèi)容有刪剪。12306問題背后，技術(shù)原因究竟占了幾成？不管你信不信，我是通篇讀完了。

        資深程序員現(xiàn)身說法

　　我曾在淘寶寫過一段時間代碼，2012年在一家百強(qiáng)民企做電商副總，當(dāng)時在極為艱苦的條件下帶隊開發(fā)了一個B2C網(wǎng)站，走支付寶和銀聯(lián)支付通道，年營業(yè)額千萬級（當(dāng)然實在太少了，我只是說這個網(wǎng)站投入了實際的運營）。

　　也就在那個時候，我對“12306”嗤之以鼻，覺得他們做得太爛了，認(rèn)為自己能帶隊花幾百萬元用半年時間做個好的出來。于是我狂妄地想做一個開源的訂票系統(tǒng)給他們。我花了一個星期時間思考建立數(shù)據(jù)模型，思考到庫存這一步的時候，我才發(fā)現(xiàn)，“12306”的庫存復(fù)雜性比淘寶、京東高很多倍，運算量也大很多倍。傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫、緩存、負(fù)載均衡技術(shù)并不能恰好滿足“12306”的需求。

　　淘寶技術(shù)的確比“12306”強(qiáng)大很多倍，淘寶現(xiàn)在的系統(tǒng)也是花了10倍于“12306”的錢、時間和人力才做起來的。根本原因還是鐵路運力不能滿足春運需求，淘寶也解決不了這個問題。

　　“12306”這一年來進(jìn)步非常大。從前端動畫驗證碼、分時段搶票，到后端去小型機(jī)、虛擬化、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的運用?？梢哉f，這是中國官方部門做得最強(qiáng)大的網(wǎng)站（電商系統(tǒng)）。至于“12306”一期工程3個億（含硬件）貴不貴我不評價，我只提供一個數(shù)字供參考：百度一年的研發(fā)費用（不含硬件）是10億元，這來自百度財報。3億元看起來好大一個數(shù)字，真用到超大型的電商系統(tǒng)、搜索引擎系統(tǒng)里面，其實也不算天文數(shù)字了。

　　你不知道的“秒殺”

　　為什么秒殺壓力大，為什么“12306”的動態(tài)庫存很復(fù)雜？

　　先說秒殺。

　　2013年12月25日前后，天貓搞了一個圣誕季積分兌換活動，持續(xù)幾天。25日上午10時12分，放出了15000個天貓魔盒，從成交記錄上看，19秒內(nèi)全部搶完。

　　實際上，我也參加秒殺了，那天的題目特別簡單——請輸入×××漢字的拼音首字母，我5秒內(nèi)答題完畢并提交訂單，結(jié)果系統(tǒng)告訴我排隊的人太多，擠不進(jìn)去，并提示14秒后重試。人太多就是因為題目太簡單了，門檻越低，5秒內(nèi)擠進(jìn)去的人也越多，如果題目換成“2克濃度為3%的U235在大亞灣核電站能發(fā)多少度電”，5分鐘之內(nèi)都不會有1萬5千人跟我競爭。

　　我想，14秒以后哪還有我的事呀，于是重新答題秒殺，結(jié)果出現(xiàn)了服務(wù)器錯誤的頁面。反復(fù)刷新幾次，秒殺就已經(jīng)結(jié)束了。

　　淘寶是什么技術(shù)水平呢，淘寶有至少4000名技術(shù)人員，至少4萬臺服務(wù)器（這是兩年前的公開數(shù)據(jù)）。2013年11月11日成交額351億元，2012年全年成交額超過1萬億元。

　　淘寶擁有各種自主研發(fā)團(tuán)隊：服務(wù)器、交換機(jī)；操作系統(tǒng)、Web服務(wù)器、Java語言虛擬機(jī)、數(shù)據(jù)庫、負(fù)載均衡器、Java運行容器。淘寶還有數(shù)不清的開源項目和中間件，如高性能Java通信中間件HSF、分布式數(shù)據(jù)庫中間件TDDL、異步消息系統(tǒng)notify等等。

　　以淘寶這樣的技術(shù)水平，都還不能做到秒殺時讓每個用戶都沒有擁擠感，為什么？

　　一是要尊重物理原理，一臺服務(wù)器一秒鐘能承受的計算量是有極限的，任你怎么優(yōu)化，采用多高效的算法和編程語言，都突破不了某個極限，比方說汽車發(fā)動機(jī)驅(qū)動的F1賽車至今也不能突破400公里的時速。

　　二是要考慮經(jīng)濟(jì)效益，“十一”黃金周的時候，北京主城區(qū)到八達(dá)嶺長城的路堵得嚴(yán)嚴(yán)實實，但不能因為黃金周的高峰，就把這段路修成長安街那樣10車道的高速公路，否則花費天文數(shù)字（“12306”那3個億大概只夠修1-3公里）修了一段路，平時曬谷子？

　　淘寶目前的硬件和帶寬數(shù)量，已經(jīng)超出日常運營的需求了，目的就是留出相當(dāng)大的余量給大促銷。

　　再說動態(tài)庫存。

　　淘寶秒殺天貓魔盒的時候，只有一個商品（SKU），它的庫存是15000個。有一個人秒殺到了，庫存就減1，19秒賣完的，每秒要成功產(chǎn)生789個訂單。想象一下，你在廣場上賣火車票，一秒鐘內(nèi)有8萬人舉著錢對你喊：賣給我！

　　很多人都知道，比秒小的時間單位還有毫秒、皮秒、飛秒。但交易系統(tǒng)登記一個交易可不像電子繞著原子核跑一圈那么簡單，它要做這些事：檢查是否惡意訪問、取到系統(tǒng)時間、取到顧客默認(rèn)收貨地址、核對顧客秒殺資格、生成訂單號、把顧客ID系統(tǒng)時間訂單號收貨地址寫入訂單系統(tǒng)、扣除顧客天貓積分、商品庫存減1、給顧客打標(biāo)記（每人只能秒一個）等等等等，每件事都要花費毫秒級別的時間，這些操作加起來的時間可能是接近1秒級別的，但由于淘寶的服務(wù)器比較強(qiáng)悍，而且采用了分布式和集群技術(shù)，結(jié)果比1秒理想一點。但即使有1萬臺服務(wù)器，也不能把這個時間稀釋成萬分之一秒，因為，商品只有一種，它有15000個庫存，對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫記錄只有一行，所有的交易請求都要到這里來處理。

　　能不能把這15000個拆分成5000個商品并分配到5000臺服務(wù)器上呢？那樣不就可以5000臺服務(wù)器同時處理了嗎？答案是不能，首先，5000個商品，意味著有5000個商品詳情頁，5000個購買按鈕，這對前期的營銷、引流是個災(zāi)難?；旧暇蜎]法做引流入口了，顯然這違背了商業(yè)管理原則，人為增加了信息混亂程度。其次，天貓魔盒秒殺也不是啥大事，即使按官方標(biāo)價399元來計算，也就600萬元的交易。如果600萬的交易要花費那么大的配套成本，就太不劃算了。再次，淘寶有十幾億商品，這十幾億商品的展示交易和管理，本來就是分布到上萬臺服務(wù)器上去了。沒有必要再把每個商品按庫存拆成多個商品了。

　　這789人搶到了，還不一定會付款，所以就又帶來訂單取消重新恢復(fù)庫存的問題。還有想要的消費者們，會認(rèn)為還有機(jī)會，繼續(xù)在前臺刷一會兒，最終這個秒殺會被熱情的消費者們猛刷30秒到1分鐘。

　　12306的“變態(tài)”庫存

　　好了，講了半天淘寶，回到正題“12306”——我以北京西到深圳北的G71次高鐵為例，它有17個站（北京西是01號站，深圳北是17號站），3種座位（商務(wù)、一等、二等）。表面看起來，這不就是3個商品嗎？G71商務(wù)座、G71一等座、G71二等座。大部分吐槽的人就是在這里栽第一個跟頭的。

　　實際上，G71有136×3=408種商品（408個SKU），怎么算出來的？請看：如果賣北京西始發(fā)的，有16種賣法（因為后面有16個站），北京西到：保定、石家莊、鄭州、武漢、長沙、廣州、虎門、深圳……分別都是一個獨立的商品。

　　同理，石家莊上車的，有15種下車的可能，以此類推，單以上下車的站來計算，有136種票：16+15+14……+2+1=136。每種票都有3種座位，一共是408個商品。

　　再看出票時怎么減庫存，由于商務(wù)、一等、二等三種座位數(shù)是獨立的，庫存操作也是一樣的，下文我就不再提座位的差別，只討論出發(fā)與到達(dá)站。另外，下文說的是理論模型，不是說“12306”的數(shù)據(jù)庫就是這么設(shè)計的。

　　旅客A買了一張北京西（01號站）到保定東（02號站）的，那么北京西到保定東這個商品的庫存就要減1，同時，北京西到石家莊、鄭州、武漢、長沙、廣州、虎門、深圳等15個站臺的商品庫存也要減1，也就是說，出一張北京西到保定東的票，實際上要減16個商品的庫存。

　　這還不是最復(fù)雜的，如果旅客B買了一張北京西（01號站）到深圳北（17號站）的票，除了北京西到深圳北這個商品的庫存要減1，北京西到保定東、石家莊、鄭州、武漢、長沙、廣州、虎門等15個站臺的商品庫存也要減1，保定東到石家莊、鄭州、武漢、長沙、廣州、虎門、深圳北等15個站臺的商品庫存要減1……總計要減庫存的商品數(shù)是16+15+14+……+1=120個。

　　當(dāng)然，也不是每一張票的庫存都完全這樣實時計算，可以根據(jù)往年的運營情況，在高峰時段預(yù)先對車票做一些分配，比如北京到武漢的長途多一點，保定到石家莊的短途少一點。我沒有證據(jù)證實鐵道部門這樣做了，但我相信，在還沒有“12306”網(wǎng)站的時候，就有這種人工預(yù)分配的策略了。

　　再想象一下，8萬人舉著錢對你高喊：賣給我。你好不容易在錢堆里找到一只手，拿了他的錢，轉(zhuǎn)身找120個同事，告訴他們減庫存，而這120個同事也和你一樣被8萬人圍著；也和你一樣，每賣出一個商品要找?guī)资畟€人減庫存……這就是“12306”動態(tài)庫存的變態(tài)之處。比你平時買東西的任何網(wǎng)站的庫存機(jī)制都復(fù)雜幾十上百倍。

　　空談技術(shù)無益解決問題

　　防軟件搶票，也不是加個圖片驗證碼那么簡單。圖片驗證碼有6種機(jī)器暴力破解的辦法，搶票插件用的是OCR識別。驗證碼設(shè)置得復(fù)雜一點行不行？有人又要提意見了：這只是便宜了大學(xué)生和辦公室白領(lǐng)，農(nóng)民工連26個字母都認(rèn)不齊，怎么搞？搞動畫驗證碼吧，也有人說，視力不好的人怎么辦？最后驗證碼被搞得很簡單，皆大歡喜。其實最高興的是開發(fā)搶票插件的公司。

　　就算采用了機(jī)器完全不可能識別的驗證碼，也防不住社會工程學(xué)的破解辦法。招募一堆網(wǎng)吧打游戲的青少年朋友，每成功輸入50個驗證碼給1塊錢，或者等值的虛擬貨幣、游戲裝備，我保證想賺這個錢的人數(shù)不勝數(shù)。這點錢對轉(zhuǎn)賣車票的利潤而言，是可以接受的成本。有沒有什么技術(shù)可以防住社會工程學(xué)的破解辦法呢？能防住網(wǎng)吧青少年的驗證碼只有——“2克濃度為3%的U235在大亞灣核電站能發(fā)多少度電”。

　　以上討論只是把“12306”當(dāng)成和淘寶一樣沒有歷史包袱從零起步的交易系統(tǒng)，實際上它不是，它后面的票池還有電話售票、火車站售票、代售點售票等多個傳統(tǒng)渠道要服務(wù)。除了客運服務(wù)，“12306”還有全國最大（很可能也是全球最大）的大宗物資貨運系統(tǒng)。架空政策（包括定價政策、警方打擊“黃牛”政策、身份驗證政策）談技術(shù)，是不可能解決春運搶票困局的。

　　還有人說，KFC的食品可以單賣，也可以賣套餐，為什么沒像我一樣搞出這么多SKU？那是因為，KFC門店的“人肉查詢”頻率非常低，沒必要為了優(yōu)化查詢性能把庫存結(jié)構(gòu)設(shè)計成那樣。