IT一家言：12306已近技术极限

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　声明：本文原作者“代码狗”，内容有删剪。12306问题背后，技术原因究竟占了几成？不管你信不信，我是通篇读完了。

        资深程序员现身说法

　　我曾在淘宝写过一段时间代码，2012年在一家百强民企做电商副总，当时在极为艰苦的条件下带队开发了一个B2C网站，走支付宝和银联支付通道，年营业额千万级（当然实在太少了，我只是说这个网站投入了实际的运营）。

　　也就在那个时候，我对“12306”嗤之以鼻，觉得他们做得太烂了，认为自己能带队花几百万元用半年时间做个好的出来。于是我狂妄地想做一个开源的订票系统给他们。我花了一个星期时间思考建立数据模型，思考到库存这一步的时候，我才发现，“12306”的库存复杂性比淘宝、京东高很多倍，运算量也大很多倍。传统的分布式数据库、缓存、负载均衡技术并不能恰好满足“12306”的需求。

　　淘宝技术的确比“12306”强大很多倍，淘宝现在的系统也是花了10倍于“12306”的钱、时间和人力才做起来的。根本原因还是铁路运力不能满足春运需求，淘宝也解决不了这个问题。

　　“12306”这一年来进步非常大。从前端动画验证码、分时段抢票，到后端去小型机、虚拟化、内存数据库的运用。可以说，这是中国官方部门做得最强大的网站（电商系统）。至于“12306”一期工程3个亿（含硬件）贵不贵我不评价，我只提供一个数字供参考：百度一年的研发费用（不含硬件）是10亿元，这来自百度财报。3亿元看起来好大一个数字，真用到超大型的电商系统、搜索引擎系统里面，其实也不算天文数字了。

　　你不知道的“秒杀”

　　为什么秒杀压力大，为什么“12306”的动态库存很复杂？

　　先说秒杀。

　　2013年12月25日前后，天猫搞了一个圣诞季积分兑换活动，持续几天。25日上午10时12分，放出了15000个天猫魔盒，从成交记录上看，19秒内全部抢完。

　　实际上，我也参加秒杀了，那天的题目特别简单——请输入×××汉字的拼音首字母，我5秒内答题完毕并提交订单，结果系统告诉我排队的人太多，挤不进去，并提示14秒后重试。人太多就是因为题目太简单了，门槛越低，5秒内挤进去的人也越多，如果题目换成“2克浓度为3%的U235在大亚湾核电站能发多少度电”，5分钟之内都不会有1万5千人跟我竞争。

　　我想，14秒以后哪还有我的事呀，于是重新答题秒杀，结果出现了服务器错误的页面。反复刷新几次，秒杀就已经结束了。

　　淘宝是什么技术水平呢，淘宝有至少4000名技术人员，至少4万台服务器（这是两年前的公开数据）。2013年11月11日成交额351亿元，2012年全年成交额超过1万亿元。

　　淘宝拥有各种自主研发团队：服务器、交换机；操作系统、Web服务器、Java语言虚拟机、数据库、负载均衡器、Java运行容器。淘宝还有数不清的开源项目和中间件，如高性能Java通信中间件HSF、分布式数据库中间件TDDL、异步消息系统notify等等。

　　以淘宝这样的技术水平，都还不能做到秒杀时让每个用户都没有拥挤感，为什么？

　　一是要尊重物理原理，一台服务器一秒钟能承受的计算量是有极限的，任你怎么优化，采用多高效的算法和编程语言，都突破不了某个极限，比方说汽车发动机驱动的F1赛车至今也不能突破400公里的时速。

　　二是要考虑经济效益，“十一”黄金周的时候，北京主城区到八达岭长城的路堵得严严实实，但不能因为黄金周的高峰，就把这段路修成长安街那样10车道的高速公路，否则花费天文数字（“12306”那3个亿大概只够修1-3公里）修了一段路，平时晒谷子？

　　淘宝目前的硬件和带宽数量，已经超出日常运营的需求了，目的就是留出相当大的余量给大促销。

　　再说动态库存。

　　淘宝秒杀天猫魔盒的时候，只有一个商品（SKU），它的库存是15000个。有一个人秒杀到了，库存就减1，19秒卖完的，每秒要成功产生789个订单。想象一下，你在广场上卖火车票，一秒钟内有8万人举着钱对你喊：卖给我！

　　很多人都知道，比秒小的时间单位还有毫秒、皮秒、飞秒。但交易系统登记一个交易可不像电子绕着原子核跑一圈那么简单，它要做这些事：检查是否恶意访问、取到系统时间、取到顾客默认收货地址、核对顾客秒杀资格、生成订单号、把顾客ID系统时间订单号收货地址写入订单系统、扣除顾客天猫积分、商品库存减1、给顾客打标记（每人只能秒一个）等等等等，每件事都要花费毫秒级别的时间，这些操作加起来的时间可能是接近1秒级别的，但由于淘宝的服务器比较强悍，而且采用了分布式和集群技术，结果比1秒理想一点。但即使有1万台服务器，也不能把这个时间稀释成万分之一秒，因为，商品只有一种，它有15000个库存，对应的数据库记录只有一行，所有的交易请求都要到这里来处理。

　　能不能把这15000个拆分成5000个商品并分配到5000台服务器上呢？那样不就可以5000台服务器同时处理了吗？答案是不能，首先，5000个商品，意味着有5000个商品详情页，5000个购买按钮，这对前期的营销、引流是个灾难。基本上就没法做引流入口了，显然这违背了商业管理原则，人为增加了信息混乱程度。其次，天猫魔盒秒杀也不是啥大事，即使按官方标价399元来计算，也就600万元的交易。如果600万的交易要花费那么大的配套成本，就太不划算了。再次，淘宝有十几亿商品，这十几亿商品的展示交易和管理，本来就是分布到上万台服务器上去了。没有必要再把每个商品按库存拆成多个商品了。

　　这789人抢到了，还不一定会付款，所以就又带来订单取消重新恢复库存的问题。还有想要的消费者们，会认为还有机会，继续在前台刷一会儿，最终这个秒杀会被热情的消费者们猛刷30秒到1分钟。

　　12306的“变态”库存

　　好了，讲了半天淘宝，回到正题“12306”——我以北京西到深圳北的G71次高铁为例，它有17个站（北京西是01号站，深圳北是17号站），3种座位（商务、一等、二等）。表面看起来，这不就是3个商品吗？G71商务座、G71一等座、G71二等座。大部分吐槽的人就是在这里栽第一个跟头的。

　　实际上，G71有136×3=408种商品（408个SKU），怎么算出来的？请看：如果卖北京西始发的，有16种卖法（因为后面有16个站），北京西到：保定、石家庄、郑州、武汉、长沙、广州、虎门、深圳……分别都是一个独立的商品。

　　同理，石家庄上车的，有15种下车的可能，以此类推，单以上下车的站来计算，有136种票：16+15+14……+2+1=136。每种票都有3种座位，一共是408个商品。

　　再看出票时怎么减库存，由于商务、一等、二等三种座位数是独立的，库存操作也是一样的，下文我就不再提座位的差别，只讨论出发与到达站。另外，下文说的是理论模型，不是说“12306”的数据库就是这么设计的。

　　旅客A买了一张北京西（01号站）到保定东（02号站）的，那么北京西到保定东这个商品的库存就要减1，同时，北京西到石家庄、郑州、武汉、长沙、广州、虎门、深圳等15个站台的商品库存也要减1，也就是说，出一张北京西到保定东的票，实际上要减16个商品的库存。

　　这还不是最复杂的，如果旅客B买了一张北京西（01号站）到深圳北（17号站）的票，除了北京西到深圳北这个商品的库存要减1，北京西到保定东、石家庄、郑州、武汉、长沙、广州、虎门等15个站台的商品库存也要减1，保定东到石家庄、郑州、武汉、长沙、广州、虎门、深圳北等15个站台的商品库存要减1……总计要减库存的商品数是16+15+14+……+1=120个。

　　当然，也不是每一张票的库存都完全这样实时计算，可以根据往年的运营情况，在高峰时段预先对车票做一些分配，比如北京到武汉的长途多一点，保定到石家庄的短途少一点。我没有证据证实铁道部门这样做了，但我相信，在还没有“12306”网站的时候，就有这种人工预分配的策略了。

　　再想象一下，8万人举着钱对你高喊：卖给我。你好不容易在钱堆里找到一只手，拿了他的钱，转身找120个同事，告诉他们减库存，而这120个同事也和你一样被8万人围着；也和你一样，每卖出一个商品要找几十个人减库存……这就是“12306”动态库存的变态之处。比你平时买东西的任何网站的库存机制都复杂几十上百倍。

　　空谈技术无益解决问题

　　防软件抢票，也不是加个图片验证码那么简单。图片验证码有6种机器暴力破解的办法，抢票插件用的是OCR识别。验证码设置得复杂一点行不行？有人又要提意见了：这只是便宜了大学生和办公室白领，农民工连26个字母都认不齐，怎么搞？搞动画验证码吧，也有人说，视力不好的人怎么办？最后验证码被搞得很简单，皆大欢喜。其实最高兴的是开发抢票插件的公司。

　　就算采用了机器完全不可能识别的验证码，也防不住社会工程学的破解办法。招募一堆网吧打游戏的青少年朋友，每成功输入50个验证码给1块钱，或者等值的虚拟货币、游戏装备，我保证想赚这个钱的人数不胜数。这点钱对转卖车票的利润而言，是可以接受的成本。有没有什么技术可以防住社会工程学的破解办法呢？能防住网吧青少年的验证码只有——“2克浓度为3%的U235在大亚湾核电站能发多少度电”。

　　以上讨论只是把“12306”当成和淘宝一样没有历史包袱从零起步的交易系统，实际上它不是，它后面的票池还有电话售票、火车站售票、代售点售票等多个传统渠道要服务。除了客运服务，“12306”还有全国最大（很可能也是全球最大）的大宗物资货运系统。架空政策（包括定价政策、警方打击“黄牛”政策、身份验证政策）谈技术，是不可能解决春运抢票困局的。

　　还有人说，KFC的食品可以单卖，也可以卖套餐，为什么没像我一样搞出这么多SKU？那是因为，KFC门店的“人肉查询”频率非常低，没必要为了优化查询性能把库存结构设计成那样。