商城系统下单库存管控系列杂记（一）（并发安全和性能基础认识）
前言
参与过几个中小型商城系统的开发，随着时间的增长，以及对系统的深入研究和测试，发现确实有很多值得推敲和商榷的地方（总有很多重要细节存在缺陷）。基于商城系统，无论规模大小，或者本身是否分布架构，个人觉得最核心的一环就是下单模块，而这里面更相关和棘手的一些设计和问题，大多时候都涉及库存系统。想想之前跟某人的交流，他一句“库存管控做得好，系统设计就成功了一半”，自己颇有认同。围绕这个点，结合目前经验和朋友间的交流（包括近来参阅其他文章提到的点），闲来做些整理记录，也许不太完整，但总归希望能有更多启发，自己往后也会重新揣摩。当然，文中若有不妥，欢迎指正。
正文
谈及”下单“，就立刻想起前年参与的一个基于微信的小型商城系统，里面下单这块本身谈不上复杂，大概可以这样描述提交过程：用户提交商品订单，系统核对用户提交的订单，校验商品（商品价格、优惠折扣、积分等），检测附属信息（地址运费等），一切Pass，操作库存（记录/预扣），生成订单及相关联的明细数据。此时下单Ok，那么后续则是等待用户的及时付款了。
然而，看似如此简单的一个流程，放在并发环境下，就暴露了足够多的问题。深入进去，首当其冲的就是库存管控。包括但不限于库存的扣减方式，如何安全操作，以及减少性能损耗等等。
一、简单提一提通常的库存扣除时机选择：“下单减库存”和“付款减库存”
首先表明个人观点，在大多数业务场景下，个人相对倾向前者——“下单减库存”。后续大部分解决方案的论述，也都是以这个为主要前提展开。当然，针对去年参与的某微信商城系统（之后用“AutumnBing”作为项目代号），两种是同时实现的 ——— 商户可以在管理后台，指定某商品的库存扣减方式。
两者在应用上的一些细节区别：
1.1 下单减库存：
用户下单时，后台进行预扣库存，当前用户体验不错。但当前用户若迟迟未付款，这种“吊单”就造成库存浪费，影响商户利益，同时也影响了其他用户的需求购物（除非，能做好一定风控和库存回滚，后续会有阐述，也是我更倾向的）。
1.2 付款减库存：
用户下单后过了几秒，进行在线支付，结果付款成功了，却发现库存已经不足，导致购物失败，严重影响购物体验。同时，还要考虑扣款的回退造成更多复杂性（除非，允许一定超卖，或者库存数量“不计” ，另外倘若是秒杀场景，则依然是无法应付）。
二、描述下非并发情况下，针对库存预扣的（其中）一种抽象流程
2.1
用户选择 商品P * 数量N，并提交订单，系统后台核心API接口 如SubmitOrder，进行接收处理。
2.1.1
在SubmitOrder中，假定商品P的库存足够，将对应商品规格的库存 -N。
2.1.2
在SubmitOrder中，倘若商品P的库存已经不足够，告知下单失败及原因。
2.2
订单付款设置有一定的时效，为M分钟。
2.2.1
在M分钟内，可以正常付款并流转后续服务。
2.2.2
超过M分钟，则当前订单自动处理为过期（或者直接Close），并将商品P的库存 +N，从而恢复库存。
2.3
用户取消订单，类似2.2.2，直接将当前订单状态改为取消（或者直接Close），并将商品P的库存 +N，从而恢复库存。
2.4
用户申请退款
2.4.1
未发货，可以直接申请退款，同时将商品P的库存 +N，从而恢复库存（Tips：某些极少数现存项目里，存在发货后才减库存的设计，那么无需补足，但这里不对比论述，否则本流程也会相应调整，也非重点）。
2.4.2
已发货，可以直接申请退款，但需要发回商品，等待相关处理（手动重新上架，或者补充商品P库存）。
三、额外说明，在不考虑并发情况，库存风险管控上的一些附属问题
商品P若被大量下单，这些订单中又存在相当大比例的未支付，此时商品P的库存会被瞬间清空，必定就需要针对这块的风控检测。（PS：其实这不是本文阐述的主要方向，但最近刚好在其他平台看到几篇相关的文章中有简单提到以下几点，既然有一定的关联性，本人就结合目前的想法，就尽量先抛出来，但不做过多延伸）。
3.1 商品P被同一用户刻意反复下单（非并发造成）：
可采取在SubmitOrder之前，设置用户限购以及关联商品P的订单待支付核查。同时提供备用的手动黑名单机制。
3.2 商品P被同一IP的多个用户刷单：
这种情况，首先就有系统的分级检测风控，譬如第一级是设置验证码（针对用户），第二级是已购买检测（类似3.1），第三级是库存阈值报警通知（针对商家），第三级是黑名单拦截（程序拦截和手动拦截）等。其实这在“AutumnBing”项目里并未用到，而截止目前，本人身边也只有一位朋友提到了相关实际应用，并且是相对简单粗糙的实现，毕竟这块程序上能做的只是辅助。
3.3 商品P被不同IP的用户恶意下单：
比如某些竞争对手非法发起的有网络组织进行团体性恶意拍单，这种类似“DDOS”的洪流（条件类似）已经上升到了另外的高度上去了。除了结合上面的一些辅助手段，目前没有见过或者听过有效的处理方式。但值得一提的是，和DDOS场景本身不同的地方，如果这些用户账号不停下单，却未履约，那么会受到一些冻结处罚（配合时效），这会使得恶意攻击的成本更高 。
四、阐述关于并发环境中库存管控的一些案例问题，以及涉及到的相关技术实现细节
库存扣减，简单来说，就是在对应的存储器中（数据库或者持久缓存）将对应商品的数量减少。
数据库设计时，一般包含但不限于 商品主表，商品规格表，商品库存表，商品库存流水日志表等等。但这里为了方便后续阐述，将其简化为一张表——商品表（PT），该表仅包含两个字段——商品主键（id）和商品库存（qty ）。
依然以商品P举例，其主键为pid，那么就是在下单时，将历史库存S修改为 S -N。具体到SQL里，原始操作大概是这样（以SQL SERVER 举例）：
update PT set qty = (S - N) where id = pid ;
这是以前的最原始的操作方式，单粒度的看，也没什么大碍。然而，放在一个并发环境中，则立马暴露出诸多问题。
假定在同一时刻，有两个用户提交了订单，一样的操作，一样的商品，一样的数量。那么最终商品P的库存数量应该为 S - N - N。而执行上面的SQL，因为并发，导致两次查询到历史库存均是S（应该至少有一次qty为S - N），则更新完毕后，商品数量最终是 S - N。这种致命性的Bug，也属于超卖（虽然不会扣为负数），如果放在线上，简直是一个定时炸弹。
围绕解决这样的问题，考虑到并发安全以及并发性能，产生了各种解决方案。大体基于两种机制：悲观锁和乐观锁。在诸多场景里，基于每种锁，都有配套的辅助手段，以及各自不同的侧重取舍和相关实现。
考虑到本篇更主要的是做一些基础铺垫，也可为对于电商系统不太了解的朋友做一些相关引导，第一篇 ，暂告一段落。第二篇 —— 商城系统下单库存管控系列杂记（二） ，本人将找个专门的时间写，可能会篇幅上长很多，内容上紧接第四点，将会谈及较多的重要细节，以及相关应用实现，到时再进行具体延伸，以及其他扩展讨论。
【第二篇已更新：
商城系统下单库存管控系列杂记（二）（并发安全和性能部分延伸）
】
End.