如何设计一个优惠卷系统

Posted 2023-01-12 热爱编程的大忽悠

如何设计一个优惠卷系统

• 场景
• • 优惠券的种类
  • 优惠券系统的核心流程
  • • 发券
    • 领券
    • 用券
  • 需求拆解
  • • 商家侧
    • 用户侧
• 编码
• • Service 服务
  • • 服务结构设计
    • 优惠券系统设计技术难点
  • Storage存储
  • • 表单设计
    • • 券批次（券模板），coupon_batch
      • 券
      • 规则
    • 创建优惠卷
    • 发劵
    • 领券
    • 用券
• 扩展
• • 快过期券提醒
  • 数据库层面优化 - 索引
  • 发券接口，限流保护
  • • 前端限流
    • 后端限流

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场景

电商大厂常见促销手段：

• 优惠券
• 拼团
• 砍价
• 老带新

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优惠券的种类

• 满减券
• 直减券
• 折扣券

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优惠券系统的核心流程

发券

发券的方式：同步发送 or 异步发送

领券

• 谁能领？

  所有用户 or 指定的用户

• 领取上限

  一个优惠券最多能领取多少张？

• 领取方式

  用户主动领取 or 自动发放被动领取

用券

• 作用范围

  商品、商户、类目

• 计算方式

  是否互斥、是否达到门槛等

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需求拆解

商家侧

• 创建优惠券
• 发送优惠券

用户侧

• 领取优惠券
• 下单
• 使用优惠券
• 支付

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编码

Service 服务

服务结构设计

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优惠券系统设计技术难点

• 券的分布式事务，使用券的过程会出现的分布式问题分析?
• 如何防止超发?
• 如何大批量给用户发券?
• 如何限制券的使用条件?
• 如何防止用户重复领券?

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Storage存储

表单设计

券批次（券模板），coupon_batch

指一批优惠券的抽象、模板，包含优惠券的大部分属性。

如商家创建了一批优惠券，共1000张，使用时间为2022-11-11 00:00:00 ~ 2022-11-11 23:59:59，规定只有数码类目商品才能使用，满100减50。

• 券批次表 coupon_batch:

DROP TABLE IF EXISTS coupon_batch;
CREATE TABLE coupon_batch
(
    id           INT          NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    batch_id     INT          NOT NULL COMMENT '批次ID',
    batch_name   VARCHAR(50)  NOT NULL COMMENT '批次名称',
    coupon_name  VARCHAR(50)  NOT NULL COMMENT '劵名称',
    rule_id      INT          NOT NULL COMMENT '规则,外键',
    total_count  INT          NOT NULL COMMENT '总数量',
    assign_count INT          NOT NULL COMMENT '已发放劵数量',
    used_count   INT          NOT NULL COMMENT '已使用劵数量',
    create_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    update_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP (0),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
    KEY          batch_id_index(batch_id)
)ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 0 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

批次ID不重复，并且按照批次ID查询需求频繁，因此适合建立一个单值索引，不选择唯一索引是因为，对于劵批次表来说，修改也同样频繁，唯一索引无法利用change buffer进行懒修改操作，而普通索引可以，并且普通索引在查询性能上与唯一索引相差也不是很多。

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券

发放到用户的一个实体，已与用户绑定。

如将某批次的优惠券中的一张发送给某个用户，此时优惠券属于用户。

• 优惠券表 coupon：

DROP TABLE IF EXISTS coupon;
CREATE TABLE coupon
(
    id            INT          NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    user_id       INT          NOT NULL COMMENT '用户ID',
    batch_id      INT          NOT NULL COMMENT '批次ID',
    status        INT          NOT NULL COMMENT '0-未使用,1-已使用,2-已过期,3-冻结',
    order_id      varchar(255) NULL COMMENT '对应订单ID,优惠卷未使用之前,对应订单ID为NULL',
    received_time datetime     not null comment '领取时间',
    validate_time datetime     not null comment '有效日期',
    used_time     datetime     not null comment '使用时间',
    create_Time   timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    update_Time   timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP (0),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
    KEY           coupon_userId_index(user_id),
    KEY           coupon_batchId_index(batch_id)
)ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 0 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

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规则

优惠券的使用有规则和条件限制，比如满100减50券，需要达到门槛金额100元才能使用。

• 规则表 rule：

DROP TABLE IF EXISTS rule;
CREATE TABLE rule
(
    id           INT          NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    name         VARCHAR(50)  NOT NULL COMMENT '规则名称',
    type         INT          NOT NULL COMMENT '优惠卷类型, 0-满减, 1-折扣',
    rule_content BLOB         NOT NULL COMMENT '规则内容',
    create_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    update_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP (0),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
)ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 0 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

• 规则内容：

 
  threshold: 5.01 // 使用门槛 
  amount: 5 // 优惠金额 
  use_range: 3 // 使用范围，0—全场，1—商家，2—类别，3—商品 
  commodity_id: 10 // 商品 id 
  receive_count: 1 // 每个用户可以领取的数量 
  is_mutex: true // 是否互斥，true 表示互斥，false 表示不互斥 
  receive_started_at: 2020-11-1 00:08:00 // 领取开始时间 
  receive_ended_at: 2020-11-6 00:08:00 // 领取结束时间 
  use_started_at: 2020-11-1 00:00:00 // 使用开始时间 
  use_ended_at: 2020-11-11 11:59:59 // 使用结束时间 

规则内容实际是一串由key:value组成的JSON字符串,每一对key和value对应一组规则，我们可以通过增加key:value来完成规则内容的动态修改。

每一组规则后端对应提供一个过滤器进行解析，具体实现细节后面会展开论述。

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完整sql文件如下:

USE
coupon;
DROP TABLE IF EXISTS coupon_batch;
CREATE TABLE coupon_batch
(
    id           INT          NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    batch_id     INT          NOT NULL COMMENT '批次ID',
    batch_name   VARCHAR(50)  NOT NULL COMMENT '批次名称',
    coupon_name  VARCHAR(50)  NOT NULL COMMENT '劵名称',
    rule_id      INT          NOT NULL COMMENT '规则,外键',
    total_count  INT          NOT NULL COMMENT '总数量',
    assign_count INT          NOT NULL COMMENT '已发放劵数量',
    used_count   INT          NOT NULL COMMENT '已使用劵数量',
    create_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    update_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP (0),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
    KEY          batch_id_index(batch_id)
)ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 0 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

DROP TABLE IF EXISTS rule;
CREATE TABLE rule
(
    id           INT          NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    `name`       VARCHAR(50)  NOT NULL COMMENT '规则名称',
    type         INT          NOT NULL COMMENT '优惠卷类型, 0-满减, 1-折扣',
    rule_content BLOB         NOT NULL COMMENT '规则内容',
    create_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    update_Time  timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP (0),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
)ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 0 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;


DROP TABLE IF EXISTS coupon;
CREATE TABLE coupon
(
    id            INT          NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    user_id       INT          NOT NULL COMMENT '用户ID',
    batch_id      INT          NOT NULL COMMENT '批次ID',
    status        INT          NOT NULL COMMENT '0-未使用,1-已使用,2-已过期,3-冻结',
    order_id      varchar(255) NULL COMMENT '对应订单ID,优惠卷未使用之前,对应订单ID为NULL',
    received_time datetime     not null comment '领取时间',
    validate_time datetime     not null comment '有效日期',
    used_time     datetime     not null comment '使用时间',
    create_Time   timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    update_Time   timestamp(0) NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP (0),
    PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
    KEY           coupon_userId_index(user_id),
    KEY           coupon_batchId_index(batch_id)
)ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 0 CHARACTER SET = utf8 COLLATE = utf8_general_ci ROW_FORMAT = Compact;

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创建优惠卷

我们需要先理清楚创建一个优惠卷的业务流程是什么，这里以sql语句的形式先展示出来:

1、新建规则

INSERT INTO rule (name, type, rule_content) 
VALUES(“满减规则”, 0, ' 
                         threshold: 100 
                         amount: 10 
                         ...... 
                       ');

2、新建优惠券批次

INSERT INTO coupon_batch (coupon_name, rule_id, total_count )
VALUES(“劳斯莱斯5元代金券”, 1010, 10000);

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发劵

如何给大量用户发券？

• 异步发送！

触达系统

• 短信、邮件

  可通过调用第三方接口的方式实现

• 站内信

  通过数据库插入记录来实现

信息表 message

create table t_message
(
    id         int null comment '信息ID',
    send_id    int null comment '发送者id',
    rec_id     int null comment '接受者id',
    content    vachar(255) comment '站内信内容',
    is_read    int null comment '是否已读',
    send_time  datetime comment '发送时间'
)
comment '信息表';

先考虑用户量很少的情况，商家要给所有人发站内信，则先遍历用户表，再按照用户表中的所有用户依次将站内信插入到 message 表中。这样，如果有100个用户，则群发一条站内信要执行100个插入操作。

这其实是推消息的操作，当消息发送者发出一条消息后，会往所有消费者邮箱中塞入一条消息记录。

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系统用户数增加到w级：

发一条站内信，就得重复插入上万条数据。而且这上万条数据的 content 一样！假设一条站内信占100K，发一次站内信就要消耗十几M。对此，可将原来的表拆成两个表：

• 信息表 message

• 信息内容表 message_content

发一封站内信的步骤

1. 往 message_content 插入站内信的内容
2. 在 message 表中，给所有用户插入一条记录，标识有一封站内信

这样就避免通过推操作往多个用户邮箱塞入消息时，都需要携带重复的消息体数据了

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千w级用户数

这就有【非活跃用户】的问题，假设注册用户一千万，根据二八原则，其中活跃用户占20%。若采用上面拆成两个表的情况，发一封“站内信”，得执行一千万个插入操作。可能剩下80%用户基本都不会再登录，其实只需对其中20%用户插入数据。

需要将用户进行冷热分离，冷用户指的是近期非活跃用户，热用户指的是近期活跃用户,然后采用推拉的模式进行消息推送。

消息只会主动推送给活跃用户，而非活跃用户需要在下次登录时，再主动进行消息拉取。

信息表 message：

create table message
(
    id         int null comment '信息 ID',
    # send_id    int null comment '发送者 id', 去除该字段
    rec_id     int null comment '接受者 id',
    message_id int null comment '外键，信息内容',
    is_read    int null comment '是否已读'
)comment '信息表';


create table message_content
(
    id        int          null comment '信息内容id',
    send_id     int         null comment '发送者id',
    content   varchar(255) null comment '内容',
    send_time datetime     null comment '发送时间'
);

系统侧操作

发站内信时：

• 先在 message_content 插入站内信的主体内容
• 针对活跃用户, 直接推送该消息，即在message表插入对应的映射记录
• 针对非活跃用户,不推送消息,即不再message表插入对应的映射记录

用户侧操作

所有用户登录后，首先查询 message_content 中的那些没有在 message 中有记录的数据，表示是未读的站内信。在查阅站内信的内容时，再将相关的记录插入 message。

上面给出的这个流程存在诸多瑕疵，重点在于告诉大家如何区分对待冷热数据，如何采用推拉并行策略有效处理。

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给 10W 用户发券

有什么问题？重复消费，导致超发！

1. 运营提供满足条件的用户文件，上传到发券管理后台并选择要发送的优惠券
2. 管理服务器根据【用户ID】、【券批次ID】生成消息，发送到MQ
3. 优惠券服务器消费消息

为什么会出现超发现象: 因为存在并发操作，从而导致数据不一致现象产生，最简单的处理方法就是让发劵请求排队等候处理—>排队？—> 消息队列

# 记住使用事务哦！
INSERT INTO coupon (user_id, coupon_id，batch_id)
  VALUES(1001, 66889, 1111);

UPDATE coupon_batch SET total_count = total_count - 1,
                          assign_count = assign_count + 1
                      WHERE batch_id = 1111 AND total_count > 0;

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领券

步骤

1. 校验优惠券余量

SELECT total_count FROM coupon_batch WHERE batch_id = 1111;

2. 新增优惠券用户表，扣减余量

# 注意事务！
INSERT INTO coupon (user_id, coupon_id，batch_id)
  VALUES(1001, 66889, 1111); 

UPDATE coupon_batch SET total_count = total_count - 1,
                          assign_count = assign_count + 1
                      WHERE batch_id = 1111 AND total_count > 0;

用户领券过程中，其实也会出现类似秒杀场景。秒杀场景下会有哪些问题，如何解决？

用户重复领取或多领

Redis 数据校验！

1. 领券前，先查缓存

# 判断成员元素是否是集合的成员
SISMEMBER KEY VALUE
SISMEMBER batch_id:1111:user_id 1001

2. 领券
3. 领券后，更新缓存

# 将一或多个成员元素加入到集合中，已经存在于集合的成员元素将被忽略
SADD KEY VALUE1......VALUEN
SADD batch_id:1111:user_id 1001

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用券

何时校验优惠券使用规则？

1. 确认订单（√）
2. 提交订单
3. 立即付款

确认订单页，对优惠券进行校验：

• 判断是否过期
• 判断适用范围
• 判断是否达到门槛
• 判断是否互斥

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返回可用券

SELECT batch_id FROM coupon WHERE user_id = 1001 AND status = 0;
SELECT rule_id FROM coupon_batch WHERE batch_id = 1111;
SELECT name, type, rule_content FROM rule WHERE rule_id = 1010;

选择可用券，并返回结果

同时操作多个服务，如何保证一致性？

不同服务涉及到不同的数据库,因此需要采用分布式事务确保事务一致性

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表设计

• 优惠券操作记录表 Coupon_opt_record

create table t_coupon_opt_record
(
    user_id     int      null comment '用户id',
    coupon_id   int      null comment '优惠券id',
    operating   int      null comment '操作，0-锁定、1-核销、2-解锁',
    operated_at datetime null comment '操作时间'
);

TCC，Try-Confirm-Cancel，目前分布式事务主流解决方案。

• 阶段一：Try

对资源进行冻结，预留业务资源

创建订单时，将优惠券状态改为 “冻结”

• 阶段二：Confirm

确认执行业务操作，做真正提交，将第一步Try中冻结的资源，真正扣减

订单支付成功，将优惠券状态改为 “已使用”

• 阶段三：Cancel

取消执行业务操作，取消Try阶段预留的业务资源

支付失败/超时或订单关闭情况，将优惠券状态改为 “未使用”

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扩展

快过期券提醒

• 定时扫券表

缺点：扫描数据量太大，随着历史数据越来越多，会影响线上主业务，最终导致慢SQL。

• 延时消息

缺点：有些券的有效时间太长了(30天)以上，有可能造成大量 MQ 积压

• 新增通知表

优点：扫描的数据量小，效率高。删除无用的已通知的数据记录

• 通知信息表（notify_msg）设计

create table t_notify_msg
(
    id          bigint auto_increment comment '自增主键',
    coupon_id   bigint       null comment '券id',
    user_id     bigint       null comment '用户id',
    notify_day  varchar(255) null comment '需要执行通知的日期',
    notify_type int          null comment '通知类型，1-过期提醒',
    notif_time  timestamp    null comment '通知的时间，在该时间戳所在天内通知',
    status      int          null comment '通知状态，0-初始状态、1-成功、2-失败',
    constraint t_notify_msg_id_uindex
        unique (id)
);

alter table t_notify_msg
    add primary key (id);

过期券提醒:

1. 在创建优惠券的时候就将需要提醒的记录插入提醒表中notify_msg
2. 把用户ID+批次ID+通知日期作为唯一索引，防止同一个批次有重复的记录通知，保证每天只会被通知一次
3. 建立notify_time，通知时间索引，每日的通知扫描通过该索引列查询，通过索引列来提高查询效率
4. 通知完成后该表中的数据变失去了意义，通过定时任务将该数据删除

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数据库层面优化 - 索引

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发券接口，限流保护

前端限流

点击一次后，按钮短时间内置灰

后端限流

部分请求直接跳转到【繁忙页】