vivo全球商城：庫存系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

　　本文是vivo商城系列文章，主要介紹vivo商城庫存系統(tǒng)發(fā)展歷程、架構(gòu)設(shè)計(jì)思路以及應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的實(shí)踐。

　　一、業(yè)務(wù)背景

　　庫存系統(tǒng)是電商商品管理的核心系統(tǒng)，本文主要介紹vivo商城庫存中心發(fā)展歷程、架構(gòu)設(shè)計(jì)思路及應(yīng)對(duì)各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景的實(shí)踐。

　　vivo商城原庫存系統(tǒng)耦合在商品系統(tǒng)，考慮到相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜度越來越高，庫存做了服務(wù)拆分，在可售庫存管理的基礎(chǔ)上新增了實(shí)物庫存管理、秒殺庫存、物流時(shí)效 、發(fā)貨限制、分倉(cāng)管理等功能，滿足了商城庫存相關(guān)業(yè)務(wù)需求。

　　本文將介紹vivo商城庫存系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及一些問題的解決方案。

　　二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1 vivo大電商庫存架構(gòu)

　　根據(jù)vivo大電商的銷售渠道與業(yè)務(wù)場(chǎng)景可以將庫存業(yè)務(wù)架構(gòu)分為3個(gè)層級(jí)：倉(cāng)庫層、調(diào)度層以及銷售層。

　　倉(cāng)庫層對(duì)應(yīng)實(shí)體倉(cāng)庫，包括自營(yíng)倉(cāng)庫、順豐倉(cāng)等第三方倉(cāng)庫以及WMS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等;調(diào)度層負(fù)責(zé)庫存調(diào)度與訂單發(fā)貨管理;銷售層包含多個(gè)服務(wù)終端，vivo官方商城、vivo門店、第三方電商分銷渠道等。其分層結(jié)構(gòu)如圖所示：

　　本文探討的vivo官方商城庫存架構(gòu)設(shè)計(jì)，從整個(gè)vivo大電商庫存架構(gòu)來看，vivo官方商城庫存系統(tǒng)涉及銷售層內(nèi)部架構(gòu)以及銷售層與調(diào)度層的交互。

　　2.2 商城庫存系統(tǒng)架構(gòu)演變

　　早期商城的庫存冗余在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，如可售庫存在商品系統(tǒng)、活動(dòng)庫存在營(yíng)銷系統(tǒng)等，庫存流轉(zhuǎn)也只有扣減與釋放，無法針對(duì)庫存進(jìn)行整合與業(yè)務(wù)創(chuàng)新，存在諸多限制：

　　不能進(jìn)行精細(xì)化管理，庫存未分層，無法針對(duì)實(shí)物庫存、分倉(cāng)策略、活動(dòng)庫存進(jìn)行精細(xì)化管理。

　　沒有分倉(cāng)策略，無法提前獲取商品收發(fā)地址，物流時(shí)效無法估算。

　　無法針對(duì)地區(qū)、商品等進(jìn)行發(fā)貨管控。

　　實(shí)時(shí)性差，無法及時(shí)同步實(shí)物庫存以及分倉(cāng)策略。

　　性能弱，與其他系統(tǒng)耦合大，不能靈活擴(kuò)展。

　　基于上述限制與產(chǎn)品期望，21年庫存系統(tǒng)完成初版架構(gòu)設(shè)計(jì)，此后系統(tǒng)不斷迭代完善，形成當(dāng)前的系統(tǒng)架構(gòu)：

　　庫存系統(tǒng)提供兩個(gè)核心能力：交易能力和庫存管理。上層業(yè)務(wù)方可以調(diào)用提供的API完成庫存查詢、庫存扣減等操作;管理臺(tái)可以按成分倉(cāng)策略、庫存同步等操作。

　　三、系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

　　3.1 庫存類型&分倉(cāng)管理

　　3.1.1 庫存類型結(jié)構(gòu)

　　庫存系統(tǒng)一共包含4類庫存：可售庫存、實(shí)物庫存、預(yù)占庫存、活動(dòng)庫存。

　　可售庫存：運(yùn)營(yíng)配置的普通商品庫存，商品維度到SKU。

　　實(shí)物庫存：由倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)同步到庫存系統(tǒng)的實(shí)物庫存，細(xì)化到具體倉(cāng)庫。

　　預(yù)占庫存：用戶下單完成庫存預(yù)占，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)貨后釋放預(yù)占庫存，預(yù)占庫存可以監(jiān)控已下單未發(fā)貨庫存量。

　　活動(dòng)庫存：用于秒殺、搶購(gòu)等各類營(yíng)銷活動(dòng)的商品庫存。

　　基于不同類型庫存，可以構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的庫存分層體系：

　　3.1.2 分倉(cāng)管理

　　庫存中心還維護(hù)了倉(cāng)庫信息、分倉(cāng)策略、倉(cāng)庫實(shí)物庫存信息等等：

　　倉(cāng)庫信息：倉(cāng)庫基礎(chǔ)信息，包括倉(cāng)庫地址、類型、編碼等。

　　分倉(cāng)策略：倉(cāng)庫功能信息，倉(cāng)庫可發(fā)貨區(qū)域、無實(shí)物庫存后的備選倉(cāng)庫;訂單根據(jù)收貨地址對(duì)應(yīng)優(yōu)先發(fā)貨的倉(cāng)庫，爭(zhēng)取盡快發(fā)貨盡早到貨。

　　倉(cāng)庫庫存：倉(cāng)庫實(shí)物庫存，由倉(cāng)庫調(diào)度系統(tǒng)同步到商城庫存系統(tǒng)。

　　3.2 商城庫存流轉(zhuǎn)方案

　　商品庫存流轉(zhuǎn)涉及兩個(gè)主要操作：正向庫存扣減、逆向庫存回退，整套庫存變更流程如下：

　　3.2.1 正向庫存扣減流程

　　對(duì)于庫存扣減，目前常見有兩種庫存扣減方案：

　　(1)下單時(shí)扣庫存。

　　優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)時(shí)扣庫存，避免付款時(shí)因庫存不足而阻斷影響用戶體驗(yàn)。

　　缺點(diǎn)是：庫存有限的情況下，惡意下單占庫存影響其他正常用戶下單。比如說有100臺(tái)手機(jī)，如果沒有限制下單數(shù)量，這100個(gè)庫存可能被一個(gè)用戶惡意占用，導(dǎo)致其他用戶無法購(gòu)買。

　　(2)支付時(shí)扣庫存。

　　優(yōu)點(diǎn)是：不受惡意下單影響。

　　缺點(diǎn)是：當(dāng)支付訂單數(shù)大于實(shí)際庫存，會(huì)阻斷部分用戶支付，影響購(gòu)物體驗(yàn)。比如說只有100臺(tái)手機(jī)，但可能下了1000個(gè)訂單，但有900個(gè)訂單在支付時(shí)無法購(gòu)買。

　　從用戶體驗(yàn)考慮，我們采用的是下單時(shí)扣庫存 + 回退這種方案。

　　下單時(shí)扣減庫存，但只保留一段時(shí)間(比如15分鐘)，保留時(shí)間段內(nèi)未支付則釋放庫存，避免長(zhǎng)時(shí)間占用庫存。

　　3.2.2 逆向庫存回退流程

　　庫存回退基于庫存變更日志逐個(gè)回退。

　　庫存回退基本流程：訂單出庫前用戶申請(qǐng)退款，回退可售庫存、回退預(yù)占庫存、軟刪除扣減日志、增加回退日志;一旦商品出庫，用戶申請(qǐng)退貨走處理機(jī)流程，可售庫存和實(shí)物庫存均不回退。

　　3.3 精細(xì)化發(fā)貨管控

　　庫存系統(tǒng)還提供了一系列定制輔助功能：分倉(cāng)策略、發(fā)貨限制、物流時(shí)效等等。

　　(1)分倉(cāng)策略

　　為了給用戶更快的發(fā)貨，我們采用的是分倉(cāng)策略，即由最近的倉(cāng)庫(存在優(yōu)先級(jí))給用戶發(fā)貨;同時(shí)存在備選倉(cāng)庫，當(dāng)所有倉(cāng)庫無實(shí)物庫存時(shí)可走備選倉(cāng)庫。

　　3.3.1 發(fā)貨限制

　　發(fā)貨限制分地區(qū)限制時(shí)間限制。

　　地區(qū)限制：根據(jù)收貨地址批量設(shè)置部分區(qū)域無法發(fā)貨等規(guī)則，粒度到省市區(qū)維度。

　　時(shí)間限制：倉(cāng)庫的發(fā)貨時(shí)效管理，包括每天的發(fā)貨時(shí)段、大促發(fā)貨時(shí)段、以及特殊情況下的停發(fā)時(shí)段。

　　3.3.2 物流時(shí)效預(yù)估

　　根據(jù)用戶收貨地址，基于分倉(cāng)策略確定發(fā)貨地址，再基于發(fā)貨時(shí)效確定發(fā)貨時(shí)間，提升用戶體驗(yàn)。

　　四、系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)

　　4.1 庫存扣減防重

　　訂單重復(fù)提交會(huì)導(dǎo)致庫存重復(fù)扣減，比如用戶誤提交、系統(tǒng)超時(shí)重試等，針對(duì)此類問題有如下常見解決方案：

　　訂單提交按鈕單擊置灰，避免重復(fù)提交。

　　注：對(duì)于按鈕置灰這種方案，可以減少用戶誤觸重復(fù)提交的可能性，但不能從根本上解決庫存被重復(fù)扣減的問題，比如通過腳本來刷扣減庫存的接口，依舊造成庫存的重復(fù)扣減。

　　保證庫存扣減接口的冪等性。

　　注：保證接口冪等的方案有很多，比如每次扣減庫存時(shí)，帶上唯一的流水號(hào)，利用數(shù)據(jù)庫的唯一索引保證冪等等。

　　采用令牌機(jī)制。用戶提交訂單會(huì)進(jìn)行令牌校驗(yàn)，校驗(yàn)通過才能提交訂單。

　　注：這種方案保證每次提交的訂單是唯一的，如果用戶多次下單，那么會(huì)產(chǎn)生多個(gè)訂單。

　　本系統(tǒng)采用的是保證接口冪等性的方案。

　　在庫存扣減接口入?yún)⒅性黾佑唵涡蛄刑?hào)作為唯一標(biāo)識(shí)，庫存扣減時(shí)增加一條扣減日志。當(dāng)接口重復(fù)請(qǐng)求時(shí)，會(huì)優(yōu)先校驗(yàn)是否已經(jīng)存在扣減記錄，如果已存在則直接返回，避免重復(fù)扣減問題，具體流程如下：

　　4.2 防超賣與高并發(fā)扣減方案

　　4.2.1 常規(guī)渠道防超賣方案

　　常規(guī)下單渠道流量小且對(duì)超賣風(fēng)險(xiǎn)厭惡度極高，常用的防超賣方案有：

　　方案一：

　　直接數(shù)據(jù)庫扣減。通過sql判斷剩余庫存是否大于等于待扣庫存，滿足則扣減庫存。該方案利用樂觀鎖原理即update的排他性確保事務(wù)性，避免超賣。

　　偽代碼sql：

　　sql：update store set store = store - #{deductStore } where (store-#{deductStore }) >= 0

　　該方案的優(yōu)點(diǎn)是：

　　實(shí)庫實(shí)扣，不會(huì)出現(xiàn)超賣;

　　數(shù)據(jù)庫樂觀鎖保證并發(fā)扣減一致性;

　　數(shù)據(jù)庫事務(wù)保證批量扣減正�；貪L。

　　該方案的缺點(diǎn)是：

　　行級(jí)鎖的原因存在性能瓶頸，高并發(fā)會(huì)出現(xiàn)請(qǐng)求堵塞超時(shí)問題;

　　直連數(shù)據(jù)庫，每次扣庫存都是寫操作，接口性能較低。

　　方案二：

　　利用分布式鎖，強(qiáng)制串行化扣減同一商品庫存。

　　該方案的優(yōu)點(diǎn)是：

　　減輕數(shù)據(jù)庫壓力，同時(shí)還能確保不會(huì)超賣。

　　該方案的缺點(diǎn)是：

　　每次只能有一個(gè)請(qǐng)求搶占鎖，不能應(yīng)對(duì)高并發(fā)場(chǎng)景。

　　對(duì)于常規(guī)渠道，庫存扣減是后置邏輯，流量不高，我們采用的是直接數(shù)據(jù)庫扣減，且針對(duì)弊端做了一些措施：

　　前置校驗(yàn)嚴(yán)格，同時(shí)針對(duì)刷單場(chǎng)景會(huì)有嚴(yán)格限流，保證最終扣減庫存的流量可控;

　　庫存系統(tǒng)讀寫分離，減少數(shù)據(jù)庫的壓力。

　　4.2.2 高并發(fā)庫存扣減方案

　　針對(duì)高并發(fā)庫存扣減，比如秒殺，一般采用的是緩存扣減庫存的方式(redis+lua腳本實(shí)現(xiàn)單線程庫存更新)作為前置流程，代替數(shù)據(jù)庫直接更新。

　　在redis中扣減庫存雖然性能高，可以大大減輕數(shù)據(jù)庫壓力，但需要保證緩存數(shù)據(jù)能完整、正確的入庫，以保證最終一致性。

　　針對(duì)緩存數(shù)據(jù)更新至數(shù)據(jù)庫，目前主流方案有兩種：

　　方案一：Redis數(shù)據(jù)直接異步更新至數(shù)據(jù)庫。

　　優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、沒有復(fù)雜的流程。

　　缺陷：redis宕機(jī)或者故障，可能會(huì)造成緩存內(nèi)庫存數(shù)據(jù)的丟失。

　　方案二：Redis扣減庫存時(shí)，同步在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中insert庫存信息。

　　這里大家可能會(huì)有兩個(gè)疑問：

　　有數(shù)據(jù)庫的插入操作，性能怎么保證?

　　有數(shù)據(jù)庫的操作，又有redis的更新，事務(wù)性怎么保證?

　　異步更新業(yè)務(wù)庫存在延遲，庫存逆向回退如何保證?

　　對(duì)于疑問1：由于數(shù)據(jù)庫insert比update性能優(yōu)，insert是在表的末尾直接插入，沒有尋址的過程，可以保證性能比較快。

　　對(duì)于疑問2：方案2不同于緩存直接扣減，而是把緩存扣減放在數(shù)據(jù)庫insert的事務(wù)內(nèi)，通過數(shù)據(jù)庫的事務(wù)保證整體的事務(wù)。

　　insert的表被稱為庫存任務(wù)表，其中保存了庫存扣減的信息，庫存任務(wù)表結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)的非常簡(jiǎn)單，主鍵 + 庫存信息(json字符串)就可以了。

　　后續(xù)通過異步任務(wù)，從庫存任務(wù)表表中查詢出庫存更新信息，將其同步到具體的庫存表中，實(shí)現(xiàn)最終一致性，這種方案可以避免數(shù)據(jù)的丟失。

　　對(duì)于疑問3：庫存回退是根據(jù)業(yè)務(wù)庫中扣減記錄進(jìn)行回退的，由于異步更新業(yè)務(wù)庫必定存在延遲(延遲極低，數(shù)秒以內(nèi))，所以極端場(chǎng)景會(huì)存在走退款逆向流程時(shí)業(yè)務(wù)庫的庫存扣減記錄還未更新。

　　針對(duì)這種情況庫存回退設(shè)置延遲重試機(jī)制，如果再極端點(diǎn)達(dá)到重試閾值依舊沒有扣減記錄，則返回回退成功，不做阻斷。

　　目前我們針對(duì)秒殺庫存扣減，采用的是方案2。但畢竟涉及數(shù)據(jù)庫的更新，為了避免風(fēng)險(xiǎn)，在前置流量校驗(yàn)上做了限制，保證流量的可控：

　　4.2.3 庫存熱點(diǎn)問題

　　什么是熱點(diǎn)問題?熱點(diǎn)問題就是因熱點(diǎn)商品導(dǎo)致的redis、數(shù)據(jù)庫等性能瓶頸。在庫存系統(tǒng)中，熱點(diǎn)問題主要存在：

　　采用直接扣減庫存數(shù)據(jù)庫的方式，存在數(shù)據(jù)庫的行鎖問題。常規(guī)渠道的庫存扣減，我們采用的就是的就是這種方式。

　　采用緩存扣減庫存的方式，大流量的情況下，熱點(diǎn)商品扣減庫存操作會(huì)打向redis單片，造成單片性能抖動(dòng)，從而出現(xiàn)redis性能瓶頸。

　　對(duì)于第1種熱點(diǎn)問題，在vivo商城常見的場(chǎng)景是：新發(fā)的爆品手機(jī)，在準(zhǔn)點(diǎn)售賣時(shí)會(huì)有搶購(gòu)效應(yīng)，容易造成庫存數(shù)據(jù)庫單行的瓶頸問題。針對(duì)這種熱點(diǎn)問題，我們的解決方案是“分而治之”：

　　對(duì)于潛在的熱點(diǎn)爆款手機(jī)，我們會(huì)將庫存平均分為多行(比如M行)，扣減庫存時(shí)，隨機(jī)在M行中選取一行庫存數(shù)據(jù)進(jìn)行扣減。該方案突破了數(shù)據(jù)庫單行鎖的瓶頸限制，解決了爆款商品的熱點(diǎn)問題。

　　對(duì)于第2種redis單片熱點(diǎn)問題，解決方案也是分而治之。將數(shù)據(jù)庫中的庫存數(shù)據(jù)同步到redis時(shí)，把key值打散，分散在多個(gè)redis單片中。注：我們目前線上的流量峰值還達(dá)不到會(huì)造成redis單片瓶頸的問題，為避免過度設(shè)計(jì)，只做了前置限流，沒有進(jìn)行key值的打散。

　　4.3 庫存同步方案

　　庫存系統(tǒng)存在一些庫存同步場(chǎng)景：

　　對(duì)接倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，完成實(shí)物庫存同步。

　　兼容歷史架構(gòu)，商品系統(tǒng)庫存的可售庫存同步等。

　　(1)實(shí)物庫存同步：

　　實(shí)物庫存同步，對(duì)接的是倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，通過接口來獲取商品的實(shí)際庫存。實(shí)物庫存同步分成兩種：定時(shí)全量同步、指定單品更新。

　　定時(shí)全量同步：每天定時(shí)全量拉取庫存調(diào)度平臺(tái)的實(shí)物庫存進(jìn)行全量同步。

　　制定單品：運(yùn)營(yíng)也可以手動(dòng)觸發(fā)單個(gè)sku的商品即時(shí)同步實(shí)物庫存。

　　(2)商品系統(tǒng)庫存同步：

　　由于庫存系統(tǒng)多個(gè)場(chǎng)景涉及庫存變更，運(yùn)營(yíng)手動(dòng)編輯、用戶下單退款導(dǎo)致庫存扣減回退，還有商品系統(tǒng)內(nèi)編輯庫存數(shù)據(jù)也會(huì)導(dǎo)致庫存變更(以前庫存系統(tǒng)未獨(dú)立，庫存數(shù)據(jù)維護(hù)在商品系統(tǒng))。同時(shí)很多業(yè)務(wù)在查詢庫存時(shí)，參考的依舊是商品系統(tǒng)的庫存數(shù)據(jù)。

　　這里有一個(gè)問題：庫存系統(tǒng)已經(jīng)獨(dú)立出來，為什么還會(huì)依賴商品系統(tǒng)的庫存數(shù)據(jù)?

　　這有兩點(diǎn)原因：

　　商城多個(gè)業(yè)務(wù)的后臺(tái)有商品篩選的需要，商品篩選會(huì)有庫存數(shù)量的篩選項(xiàng)。商品數(shù)量很多，篩選是分頁的，如果將庫存數(shù)據(jù)全部替換成庫存系統(tǒng)的，那么存在跨系統(tǒng)分頁問題，分頁篩選會(huì)存在問題;

　　歷史遺留問題，很多業(yè)務(wù)方依賴的是商品系統(tǒng)的庫存數(shù)據(jù)(包括依賴商品庫存離線表的業(yè)務(wù)方)，全部切換到庫存系統(tǒng)，成本和影響范圍大。

　　因此，我們需要保證商品系統(tǒng)和庫存系統(tǒng)兩邊庫存數(shù)據(jù)的一致。

　　庫存變更場(chǎng)景多，為了降低業(yè)務(wù)復(fù)雜度、采用簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)庫存同步，我們利用了團(tuán)隊(duì)自研的CDC系統(tǒng)(魯班平臺(tái))，整體流程如下：

　　庫存數(shù)據(jù)庫發(fā)生變更后，魯班平臺(tái)通過binlog采集獲取庫存變更日志，再通過自定義規(guī)則篩選，然后發(fā)送mq變更消息，最后商品系統(tǒng)消費(fèi)消息完成庫存同步變更。

　　五、總結(jié)及展望

　　最后對(duì)庫存系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)總結(jié)：

　　庫存系統(tǒng)完成服務(wù)拆分，在單一的可售庫存扣減功能基礎(chǔ)上拓展了很多功能，賦能業(yè)務(wù)的發(fā)展。

　　完成庫存架構(gòu)分層，抽象多個(gè)庫存類型，更靈活地滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。

　　針對(duì)庫存扣減防重、高并發(fā)場(chǎng)景下的庫存扣減、庫存熱點(diǎn)問題、庫存同步等技術(shù)問題，我們根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理方案。

　　展望

　　目前vivo商城庫存系統(tǒng)平臺(tái)化能力不足，部分能力分散在其他系統(tǒng)中，未來我們希望能為vivo新零售提供一體化的庫存管理方案。