凱叔解密京東千億商品系統(tǒng)核心架構(gòu)

快讀書館 2018-02-06

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作者：尤鳳凱，京東商城研發(fā)-交易平臺-商品研發(fā)負責人。2010年加入京東，先后參與設計研發(fā)京東第一代監(jiān)控、消息、EDM等系統(tǒng)。12年開始致力于商品系統(tǒng)SOA化、商品系統(tǒng)的持續(xù)架構(gòu)演進?，F(xiàn)主要負責商品中臺及組件化建設。

商品，黃金交易流程最基礎、最核心的環(huán)節(jié)，無商品不電商。商品數(shù)據(jù)無處不在，商家（采銷、供應商）發(fā)布管理、供應商下采購單、倉儲配送、促銷、搜索、商詳頁展現(xiàn)、購物支付、財務結(jié)算、售后服務等，都離不開商品。商品信息要準確傳導于京東整個供應鏈的各節(jié)點，必須要有一套穩(wěn)健、可靠的商品服務體系支撐。

原本并沒有統(tǒng)一的商品服務及存儲。DBA搭建了一套包含若干層級的SqlServer數(shù)據(jù)庫復制結(jié)構(gòu)，各系統(tǒng)從各級從庫讀取數(shù)據(jù)。復制延遲嚴重的時候，超過12小時，從庫還沒有更新，嚴重影響用戶體驗。寫入口不止一個，獲取到寫賬號就可以寫入。erp商品管理系統(tǒng)、POP商品系統(tǒng)、BIP甚至也開發(fā)了一個商品管理系統(tǒng)，都在寫同一個庫的同一套表，數(shù)據(jù)一致性無法得到保障。在那個階段京東的訂單量、用戶量相對較少，基于數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)一定程度上也能支撐日常流量，但是無法應對大型促銷活動。

在此背景下，2012年3月商品組從網(wǎng)站組獨立出來，孫歌臨危受命組建團隊，啟動商品技術架構(gòu)升級項目。京東618年中狂歡購物節(jié)，系統(tǒng)（特別是0點）會承受平時無法比擬的壓力。2012年之前的大促都會出現(xiàn)系統(tǒng)問題系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)問題，甚至圖書搶購活動時直接系統(tǒng)宕機。基于數(shù)據(jù)庫提供讀服務的架構(gòu)，顯然已經(jīng)無法支撐業(yè)務前行，升級改造勢在必行。12年初NoSQL還是新鮮事物，交易架構(gòu)師龔杰開始實踐Redis，他在一封郵件中介紹自主封裝的客戶端以及API。商品團隊開始基于redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫搭建商品讀服務，并對開源Jedis做了深度封裝，擴展了ShardedJedisPool，實現(xiàn)了更加細粒度的多分片連接池管理，并且將一個請求中命中到同一個分片的redis命令由串行改成pipeline并行執(zhí)行，性能提升較大。

架構(gòu)1.0 讀服務化

由Redis存儲全量商品數(shù)據(jù)，作為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫使用。商品信息變動時增量更新，一主多備模式容災，同時全量刷新程序作為最后保障，一旦Redis中數(shù)據(jù)全部丟失，可以將商品庫中數(shù)據(jù)恢復到Redis。

交易系統(tǒng)直面用戶，為保證用戶選品、下單結(jié)算的順暢，提升用戶體驗。交易系統(tǒng)對高性能、高可用的商品讀服務需求最迫切。此時架構(gòu)升級采取了一種“輕模式”，所謂輕是指盡量減少外部系統(tǒng)的改造，這樣更利于工作的快速推進。首先在通知模式上，各種商品系統(tǒng)寫入Sqlserver主庫后，通過HttpHTTP服務通知Rcat -server（采取盡量做的策略，能通知就通知到，有異常也不去重試，這種策略對相關系統(tǒng)的改造最小）。Rcat-server的職責就是接收通知，之后查詢主庫中的商品信息，將其更新到Redis中。因為寫入系統(tǒng)是盡量做，不保證成功的模式，因此需要補償機制去彌補遺漏。異步Worker會定期掃描數(shù)據(jù)庫，把當日更新的，從刷新到Redis中。整體架構(gòu)如圖1-1所示：

圖1-1 商品架構(gòu)V1.0

V1.0版架構(gòu)非常不完美，只是讀服務這個點進行了改造，但是卻在當年618中完美的完成了任務。618當天像往年一樣，研發(fā)工程師售后守候在運維同學周圍，時刻準備著！整個過程波瀾不驚，只有過個別應用過載重啟，整體非常順利扛過了大流量的考驗。有了這個經(jīng)驗，研發(fā)工程師們開始將Rcat（應用名稱，商品讀服務）推廣，依賴Sqlserver從庫的系統(tǒng)都逐步切換到讀服務上。

架構(gòu)2.0 全面服務化

POP商品系統(tǒng)和自營商品系統(tǒng)都是寫入Oracle，在通過異步worker將數(shù)據(jù)寫會Sqlserver。京東商品的獨特之處在于最初是自采自銷的自營類商品，有自己的商品模型和對應的erp管理系統(tǒng)。后續(xù)有了POP開放平臺，該平臺的商品模型和系統(tǒng)是獨立搭建的，適應于第三方商家的商品發(fā)布管理。而所有下游的系統(tǒng)（單品、搜索、訂單生產(chǎn)、倉庫等）都是基于最初Sqlserver自營skuSKU模型做的系統(tǒng)設計。所以POP商品有自己的Oracle存儲，也必須京東經(jīng)過一步異步程序轉(zhuǎn)化，寫到Sqlserver商品庫中。而自營商品系統(tǒng)在2011年架構(gòu)升級時，計劃由.Net+Sqlserver的技術體系升級外Java+Oracle技術體系。

孫歌作為研發(fā)負責人，基于技術前瞻性和成本考慮，果斷決策放棄既昂貴又沒有DBA團隊良好支持的Oracle數(shù)據(jù)庫。轉(zhuǎn)而直接基于SqlServer實現(xiàn)商品的全面服務化，相比其他系統(tǒng)的去O足足早了一年。當時的整體思路是先實現(xiàn)服務化，再進行存儲升級（Mysql集群），最終完成徹底的技術架構(gòu)升級。全面服務化過程：

1). 全面讀服務體系:

將下游系統(tǒng)讀取的信息刷新到Redis中，由讀服務Rcat統(tǒng)一支持根據(jù)skuId查詢的需求。對于檢索需求，例如根據(jù)分類id查詢SkuSKU列表，搭建Solr索引服務?；诟飨到y(tǒng)的需求收集已經(jīng)當前SQL的分析，搭建了讀服務體系，并逐步推廣，去掉各系統(tǒng)對Sqlserver數(shù)據(jù)庫的讀取依賴。

2).寫服務化

接管所有商品寫操作，提供商品相關的基本讀寫服務，建立商品主數(shù)據(jù)中心,服務于自營商品管理、POP平臺、圖書音像商品管理等系統(tǒng)。京東起家于3C自營產(chǎn)品， SKU化管理。后發(fā)展的POP平臺，是商品化發(fā)布管理。寫服務必須兼容兩套模型，平滑過渡。研發(fā)工程師最終設計為統(tǒng)一到商品-skuSKU模型，自營商品與SkuSKU一對一，而POP商品與SkuSKU是一對多。自營商品每發(fā)布一個商品有且僅有一個SKUSku，pop商家發(fā)布一個商品可以有多個SkuSKU。自營商品溝通通過后期的顏色尺碼綁定，實現(xiàn)銷售關系捆綁。這樣展現(xiàn)給用戶的效果是一樣的，同時對于京東采銷、POP商家都可以按各自的習慣去操作商品。

寫服務設計時架構(gòu)師尤鳳凱充分考慮了擴展性、可復用性，實現(xiàn)了模塊可配置化。基于商品介紹、擴展屬性、規(guī)格參數(shù)、特殊屬性等基礎組件，可靈活組配不同的業(yè)務流程。使用了京東自主研發(fā)的SAF中間件，其支持負載均衡、自動故障切換、流量控制、黑白名單等特性，并且在性能方面表現(xiàn)優(yōu)異。

3).去O：去掉自營商品系統(tǒng)的Oracle，直接寫Sqlserver降低延遲，縮短商家發(fā)布到展現(xiàn)給最終用戶的時間。

4).異步引擎：建立下發(fā)服務系統(tǒng)，統(tǒng)一化消息通知網(wǎng)站、WMS等下游系統(tǒng)。

最初的商品變動時，只需要通知WMS系統(tǒng)，因為采購入庫時，倉庫需要核實商品信息。隨著整個京東服務化進程的推進，搜索、單品頁等系統(tǒng)都希望得到通知。因此規(guī)劃了下發(fā)服務，在商品信息變動后，異步通知這些系統(tǒng)。將商品信息入庫后，同步寫”操作日志”到Redis隊列，再由worker異步從Redis中取日志，拿到變動變更的skuSKU，組裝信息化發(fā)MQ消息出去。此時的消息采取通用化設計，例如基本信息MQ、特殊屬性MQ等。

5).存儲升級：商品主數(shù)據(jù)存儲由Sqlserver單庫，升級為MySQL集群，并進行垂直、水平劃分, 分庫解決單庫吞吐量瓶頸，分表控制單表數(shù)據(jù)量。自主研發(fā)數(shù)據(jù)中間件，可以實現(xiàn)主庫的路由、從庫的負載均衡、故障的切換等，統(tǒng)一負責數(shù)據(jù)訪問，使得底層存儲規(guī)則對應用層透明。結(jié)合當前數(shù)據(jù)總量及增長率，預計3年后達到的數(shù)據(jù)量，做存儲容量規(guī)劃，并且做了Pre-Sharding方式，方便后續(xù)擴容。對于非片鍵外的查詢，使用二級路由或者搜索服務來解決。

整體架構(gòu)如圖1-2所示

圖1-2 商品架構(gòu)v2.0

隨著商品及SKU數(shù)量顯著增長、TPS逐步走高。寫服務、下發(fā)服務耦合的弊端越來越突出顯現(xiàn)。如1-2圖中紅色線條形成的環(huán)狀所示，寫服務和下發(fā)服務是相互影響的。假設寫Redis變慢，會影響整體寫入性能；如果DB遇到瓶頸，反過來又回會影響到下發(fā)服務，回查DB變慢，下發(fā)服務處理變慢。因此寫服務經(jīng)常會出現(xiàn)抖動，寫變慢、下發(fā)延遲。

架構(gòu)3.0平臺化、精準化

2015年中開始，架構(gòu)師李帥啟動3.0架構(gòu)升級，其理念是解耦、簡化。架構(gòu)越簡單越好，沒接觸過的人新人很快可以上手；架構(gòu)也必須松耦合的，寫、下發(fā)、讀都可以各自做升級，相互不影響，逐步提升整體性能。

用Jingobus基于從庫日志識別商品信息變動，并發(fā)送通知、刷新redis集群。異步引擎消息可配置化，商品屬性的組合對應消息隊列。例如：搜索關注skuSKU狀態(tài)變化，那么只有skuSKU的上下柜狀態(tài)變化時，才會發(fā)送消息，消息體中只包含skuSKU編號及狀態(tài)?？膳渲没娜蝿找妫滦枨箜憫臁㈤_發(fā)接近零成本；實現(xiàn)了按需發(fā)送，給消費方減壓（例如：給wms的消息量降低80%+）；并且寫系統(tǒng)解耦，整體穩(wěn)定性增強。在推廣過程中，還進行跨部門技術協(xié)作，共同升級技術架構(gòu)。例如網(wǎng)站單品頁數(shù)據(jù)異構(gòu)升級項目，降低50%+接口交互，節(jié)約上百臺Docker。

商品服務作為超0級系統(tǒng) ，必須具有高可用性。任何影響到訂單的系統(tǒng)故障都必須在三分鐘內(nèi)解決，有了統(tǒng)一切換平臺，執(zhí)行預案是可以很快的。因此發(fā)現(xiàn)問題并警報至關重要。在研發(fā)負責人趙湘建的引領下，商品組啟動秒級監(jiān)控平臺的研發(fā)。內(nèi)存級監(jiān)控信息收集、合并、延遲秒級。并且實現(xiàn)了秒級監(jiān)控的平臺化，可將監(jiān)控能力輸出到其他系統(tǒng)。

期間商品讀服務也在持續(xù)進行著升級。因為skuSKU數(shù)量大（數(shù)十億）且持續(xù)增長（周增長率約105%），Redis存儲集群規(guī)模也大。讀服務為其他眾多系統(tǒng)提供商品數(shù)據(jù)的查詢服務，訪問量很大，特別是在618，雙11期間，所以需要多組Redis集群分擔流量。NIO的Redis客戶端，降低了連接數(shù)量；后續(xù)為解決多組Redis集群流量均衡問題，對NIO版本的客戶端做了擴展，實現(xiàn)了多分片連接統(tǒng)一管理，使其負載均衡，并能當某一分片宕機的情況下，自動從集群中剔除，恢復后自動加入集群中，達到故障自動轉(zhuǎn)移與恢復的目的。不僅提高了集群整體的吞吐量，而且提升了可靠性。

同時因為商品數(shù)量增長很快，Redis集群的規(guī)模也成倍增加，為減少資源的利用，設計三級緩存功能，將最熱數(shù)據(jù)放應用內(nèi)存中，緩存時間較短；熱數(shù)據(jù)放在規(guī)模較小的Redis集群中，全量數(shù)據(jù)放到規(guī)模較大的集群中，這樣全量數(shù)據(jù)的Redis集群OPS較少，可以減少部署組數(shù)，從而減少資源利用。