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(wèn)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(shuō)法

　　我曾在淘寶寫(xiě)過(guò)一段時(shí)間代碼，2012年在一家百?gòu)?qiáng)民企做電商副總，當(dāng)時(shí)在極為艱苦的條件下帶隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)B2C網(wǎng)站，走支付寶和銀聯(lián)支付通道，年?duì)I業(yè)額千萬(wàn)級(jí)（當(dāng)然實(shí)在太少了，我只是說(shuō)這個(gè)網(wǎng)站投入了實(shí)際的運(yùn)營(yíng)）。

　　也就在那個(gè)時(shí)候，我對(duì)“12306”嗤之以鼻，覺(jué)得他們做得太爛了，認(rèn)為自己能帶隊(duì)花幾百萬(wàn)元用半年時(shí)間做個(gè)好的出來(lái)。于是我狂妄地想做一個(gè)開(kāi)源的訂票系統(tǒng)給他們。我花了一個(gè)星期時(shí)間思考建立數(shù)據(jù)模型，思考到庫(kù)存這一步的時(shí)候，我才發(fā)現(xiàn)，“12306”的庫(kù)存復(fù)雜性比淘寶、京東高很多倍，運(yùn)算量也大很多倍。傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存、負(fù)載均衡技術(shù)并不能恰好滿(mǎn)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(qián)、時(shí)間和人力才做起來(lái)的。根本原因還是鐵路運(yùn)力不能滿(mǎn)足春運(yùn)需求，淘寶也解決不了這個(gè)問(wèn)題。

　　“12306”這一年來(lái)進(jìn)步非常大。從前端動(dòng)畫(huà)驗(yàn)證碼、分時(shí)段搶票，到后端去小型機(jī)、虛擬化、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)用?？梢哉f(shuō)，這是中國(guó)官方部門(mén)做得最強(qiáng)大的網(wǎng)站（電商系統(tǒng)）。至于“12306”一期工程3個(gè)億（含硬件）貴不貴我不評(píng)價(jià)，我只提供一個(gè)數(shù)字供參考：百度一年的研發(fā)費(fèi)用（不含硬件）是10億元，這來(lái)自百度財(cái)報(bào)。3億元看起來(lái)好大一個(gè)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(shí)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(dòng)態(tài)庫(kù)存很復(fù)雜？

　　先說(shuō)秒殺。

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

　　實(shí)際上，我也參加秒殺了，那天的題目特別簡(jiǎn)單——請(qǐng)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(duì)的人太多，擠不進(jìn)去，并提示14秒后重試。人太多就是因?yàn)轭}目太簡(jiǎn)單了，門(mén)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(huì)有1萬(wàn)5千人跟我競(jìng)爭(zhēng)。

　　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(cuò)誤的頁(yè)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(wàn)臺(tái)服務(wù)器（這是兩年前的公開(kāi)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(guò)1萬(wàn)億元。

　　淘寶擁有各種自主研發(fā)團(tuán)隊(duì)：服務(wù)器、交換機(jī)；操作系統(tǒng)、Web服務(wù)器、Java語(yǔ)言虛擬機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、負(fù)載均衡器、Java運(yùn)行容器。淘寶還有數(shù)不清的開(kāi)源項(xiàng)目和中間件，如高性能Java通信中間件HSF、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)讓每個(gè)用戶(hù)都沒(méi)有擁擠感，為什么？

　　一是要尊重物理原理，一臺(tái)服務(wù)器一秒鐘能承受的計(jì)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(yǔ)言，都突破不了某個(gè)極限，比方說(shuō)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的F1賽車(chē)至今也不能突破400公里的時(shí)速。

　　二是要考慮經(jīng)濟(jì)效益，“十一”黃金周的時(shí)候，北京主城區(qū)到八達(dá)嶺長(zhǎng)城的路堵得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，但不能因?yàn)辄S金周的高峰，就把這段路修成長(zhǎng)安街那樣10車(chē)道的高速公路，否則花費(fèi)天文數(shù)字（“12306”那3個(gè)億大概只夠修1-3公里）修了一段路，平時(shí)曬谷子？

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

　　再說(shuō)動(dòng)態(tài)庫(kù)存。

　　淘寶秒殺天貓魔盒的時(shí)候，只有一個(gè)商品（SKU），它的庫(kù)存是15000個(gè)。有一個(gè)人秒殺到了，庫(kù)存就減1，19秒賣(mài)完的，每秒要成功產(chǎn)生789個(gè)訂單。想象一下，你在廣場(chǎng)上賣(mài)火車(chē)票，一秒鐘內(nèi)有8萬(wàn)人舉著錢(qián)對(duì)你喊：賣(mài)給我！

　　很多人都知道，比秒小的時(shí)間單位還有毫秒、皮秒、飛秒。但交易系統(tǒng)登記一個(gè)交易可不像電子繞著原子核跑一圈那么簡(jiǎn)單，它要做這些事：檢查是否惡意訪(fǎng)問(wèn)、取到系統(tǒng)時(shí)間、取到顧客默認(rèn)收貨地址、核對(duì)顧客秒殺資格、生成訂單號(hào)、把顧客ID系統(tǒng)時(shí)間訂單號(hào)收貨地址寫(xiě)入訂單系統(tǒng)、扣除顧客天貓積分、商品庫(kù)存減1、給顧客打標(biāo)記（每人只能秒一個(gè)）等等等等，每件事都要花費(fèi)毫秒級(jí)別的時(shí)間，這些操作加起來(lái)的時(shí)間可能是接近1秒級(jí)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(diǎn)。但即使有1萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，也不能把這個(gè)時(shí)間稀釋成萬(wàn)分之一秒，因?yàn)?，商品只有一種，它有15000個(gè)庫(kù)存，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄只有一行，所有的交易請(qǐng)求都要到這里來(lái)處理。

　　能不能把這15000個(gè)拆分成5000個(gè)商品并分配到5000臺(tái)服務(wù)器上呢？那樣不就可以5000臺(tái)服務(wù)器同時(shí)處理了嗎？答案是不能，首先，5000個(gè)商品，意味著有5000個(gè)商品詳情頁(yè)，5000個(gè)購(gòu)買(mǎi)按鈕，這對(duì)前期的營(yíng)銷(xiāo)、引流是個(gè)災(zāi)難。基本上就沒(méi)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(jià)399元來(lái)計(jì)算，也就600萬(wàn)元的交易。如果600萬(wàn)的交易要花費(fèi)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(lái)就是分布到上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器上去了。沒(méi)有必要再把每個(gè)商品按庫(kù)存拆成多個(gè)商品了。

　　這789人搶到了，還不一定會(huì)付款，所以就又帶來(lái)訂單取消重新恢復(fù)庫(kù)存的問(wèn)題。還有想要的消費(fèi)者們，會(huì)認(rèn)為還有機(jī)會(huì)，繼續(xù)在前臺(tái)刷一會(huì)兒，最終這個(gè)秒殺會(huì)被熱情的消費(fèi)者們猛刷30秒到1分鐘。

　　12306的“變態(tài)”庫(kù)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(gè)站（北京西是01號(hào)站，深圳北是17號(hào)站），3種座位（商務(wù)、一等、二等）。表面看起來(lái)，這不就是3個(gè)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(gè)跟頭的。

　　實(shí)際上，G71有136×3=408種商品（408個(gè)SKU），怎么算出來(lái)的？請(qǐng)看：如果賣(mài)北京西始發(fā)的，有16種賣(mài)法（因?yàn)楹竺嬗?6個(gè)站），北京西到：保定、石家莊、鄭州、武漢、長(zhǎng)沙、廣州、虎門(mén)、深圳……分別都是一個(gè)獨(dú)立的商品。

　　同理，石家莊上車(chē)的，有15種下車(chē)的可能，以此類(lèi)推，單以上下車(chē)的站來(lái)計(jì)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(gè)商品。

　　再看出票時(shí)怎么減庫(kù)存，由于商務(wù)、一等、二等三種座位數(shù)是獨(dú)立的，庫(kù)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(shuō)的是理論模型，不是說(shuō)“12306”的數(shù)據(jù)庫(kù)就是這么設(shè)計(jì)的。

　　旅客A買(mǎi)了一張北京西（01號(hào)站）到保定東（02號(hào)站）的，那么北京西到保定東這個(gè)商品的庫(kù)存就要減1，同時(shí)，北京西到石家莊、鄭州、武漢、長(zhǎng)沙、廣州、虎門(mén)、深圳等15個(gè)站臺(tái)的商品庫(kù)存也要減1，也就是說(shuō)，出一張北京西到保定東的票，實(shí)際上要減16個(gè)商品的庫(kù)存。

　　這還不是最復(fù)雜的，如果旅客B買(mǎi)了一張北京西（01號(hào)站）到深圳北（17號(hào)站）的票，除了北京西到深圳北這個(gè)商品的庫(kù)存要減1，北京西到保定東、石家莊、鄭州、武漢、長(zhǎng)沙、廣州、虎門(mén)等15個(gè)站臺(tái)的商品庫(kù)存也要減1，保定東到石家莊、鄭州、武漢、長(zhǎng)沙、廣州、虎門(mén)、深圳北等15個(gè)站臺(tái)的商品庫(kù)存要減1……總計(jì)要減庫(kù)存的商品數(shù)是16+15+14+……+1=120個(gè)。

　　當(dāng)然，也不是每一張票的庫(kù)存都完全這樣實(shí)時(shí)計(jì)算，可以根據(jù)往年的運(yùn)營(yíng)情況，在高峰時(shí)段預(yù)先對(duì)車(chē)票做一些分配，比如北京到武漢的長(zhǎng)途多一點(diǎn)，保定到石家莊的短途少一點(diǎn)。我沒(méi)有證據(jù)證實(shí)鐵道部門(mén)這樣做了，但我相信，在還沒(méi)有“12306”網(wǎng)站的時(shí)候，就有這種人工預(yù)分配的策略了。

　　再想象一下，8萬(wàn)人舉著錢(qián)對(duì)你高喊：賣(mài)給我。你好不容易在錢(qián)堆里找到一只手，拿了他的錢(qián)，轉(zhuǎn)身找120個(gè)同事，告訴他們減庫(kù)存，而這120個(gè)同事也和你一樣被8萬(wàn)人圍著；也和你一樣，每賣(mài)出一個(gè)商品要找?guī)资畟€(gè)人減庫(kù)存……這就是“12306”動(dòng)態(tài)庫(kù)存的變態(tài)之處。比你平時(shí)買(mǎi)東西的任何網(wǎng)站的庫(kù)存機(jī)制都復(fù)雜幾十上百倍。

　　空談技術(shù)無(wú)益解決問(wèn)題

　　防軟件搶票，也不是加個(gè)圖片驗(yàn)證碼那么簡(jiǎn)單。圖片驗(yàn)證碼有6種機(jī)器暴力破解的辦法，搶票插件用的是OCR識(shí)別。驗(yàn)證碼設(shè)置得復(fù)雜一點(diǎn)行不行？有人又要提意見(jiàn)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(gè)字母都認(rèn)不齊，怎么搞？搞動(dòng)畫(huà)驗(yàn)證碼吧，也有人說(shuō)，視力不好的人怎么辦？最后驗(yàn)證碼被搞得很簡(jiǎn)單，皆大歡喜。其實(shí)最高興的是開(kāi)發(fā)搶票插件的公司。

　　就算采用了機(jī)器完全不可能識(shí)別的驗(yàn)證碼，也防不住社會(huì)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(gè)驗(yàn)證碼給1塊錢(qián)，或者等值的虛擬貨幣、游戲裝備，我保證想賺這個(gè)錢(qián)的人數(shù)不勝數(shù)。這點(diǎn)錢(qián)對(duì)轉(zhuǎn)賣(mài)車(chē)票的利潤(rùn)而言，是可以接受的成本。有沒(méi)有什么技術(shù)可以防住社會(huì)工程學(xué)的破解辦法呢？能防住網(wǎng)吧青少年的驗(yàn)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(méi)有歷史包袱從零起步的交易系統(tǒng)，實(shí)際上它不是，它后面的票池還有電話(huà)售票、火車(chē)站售票、代售點(diǎn)售票等多個(gè)傳統(tǒng)渠道要服務(wù)。除了客運(yùn)服務(wù)，“12306”還有全國(guó)最大（很可能也是全球最大）的大宗物資貨運(yùn)系統(tǒng)。架空政策（包括定價(jià)政策、警方打擊“黃牛”政策、身份驗(yàn)證政策）談技術(shù)，是不可能解決春運(yùn)搶票困局的。

　　還有人說(shuō)，KFC的食品可以單賣(mài)，也可以賣(mài)套餐，為什么沒(méi)像我一樣搞出這么多SKU？那是因?yàn)?，KFC門(mén)店的“人肉查詢(xún)”頻率非常低，沒(méi)必要為了優(yōu)化查詢(xún)性能把庫(kù)存結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成那樣。