vivo全球商城：庫存系統(tǒng)架構設計與實踐

　　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、架構設計思路以及應對業(yè)務場景的實踐。

　　一、業(yè)務背景

　　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、架構設計思路及應對各種業(yè)務場景的實踐。

　　vivo商城原庫存系統(tǒng)耦合在商品系統(tǒng)，考慮到相關業(yè)務邏輯復雜度越來越高，庫存做了服務拆分，在可售庫存管理的基礎上新增了實物庫存管理、秒殺庫存、物流時效 、發(fā)貨限制、分倉管理等功能，滿足了商城庫存相關業(yè)務需求。

　　本文將介紹vivo商城庫存系統(tǒng)架構設計經驗以及一些問題的解決方案。

　　二、系統(tǒng)架構設計

　　2.1 vivo大電商庫存架構

　　根據vivo大電商的銷售渠道與業(yè)務場景可以將庫存業(yè)務架構分為3個層級：倉庫層、調度層以及銷售層。

　　倉庫層對應實體倉庫，包括自營倉庫、順豐倉等第三方倉庫以及WMS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等;調度層負責庫存調度與訂單發(fā)貨管理;銷售層包含多個服務終端，vivo官方商城、vivo門店、第三方電商分銷渠道等。其分層結構如圖所示：

　　本文探討的vivo官方商城庫存架構設計，從整個vivo大電商庫存架構來看，vivo官方商城庫存系統(tǒng)涉及銷售層內部架構以及銷售層與調度層的交互。

　　2.2 商城庫存系統(tǒng)架構演變

　　早期商城的庫存冗余在各業(yè)務系統(tǒng)中，如可售庫存在商品系統(tǒng)、活動庫存在營銷系統(tǒng)等，庫存流轉也只有扣減與釋放，無法針對庫存進行整合與業(yè)務創(chuàng)新，存在諸多限制：

　　不能進行精細化管理，庫存未分層，無法針對實物庫存、分倉策略、活動庫存進行精細化管理。

　　沒有分倉策略，無法提前獲取商品收發(fā)地址，物流時效無法估算。

　　無法針對地區(qū)、商品等進行發(fā)貨管控。

　　實時性差，無法及時同步實物庫存以及分倉策略。

　　性能弱，與其他系統(tǒng)耦合大，不能靈活擴展。

　　基于上述限制與產品期望，21年庫存系統(tǒng)完成初版架構設計，此后系統(tǒng)不斷迭代完善，形成當前的系統(tǒng)架構：

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

　　三、系統(tǒng)業(yè)務架構

　　3.1 庫存類型&分倉管理

　　3.1.1 庫存類型結構

　　庫存系統(tǒng)一共包含4類庫存：可售庫存、實物庫存、預占庫存、活動庫存。

　　可售庫存：運營配置的普通商品庫存，商品維度到SKU。

　　實物庫存：由倉儲系統(tǒng)同步到庫存系統(tǒng)的實物庫存，細化到具體倉庫。

　　預占庫存：用戶下單完成庫存預占，倉儲系統(tǒng)發(fā)貨后釋放預占庫存，預占庫存可以監(jiān)控已下單未發(fā)貨庫存量。

　　活動庫存：用于秒殺、搶購等各類營銷活動的商品庫存。

　　基于不同類型庫存，可以構建一個簡單的庫存分層體系：

　　3.1.2 分倉管理

　　庫存中心還維護了倉庫信息、分倉策略、倉庫實物庫存信息等等：

　　倉庫信息：倉庫基礎信息，包括倉庫地址、類型、編碼等。

　　分倉策略：倉庫功能信息，倉庫可發(fā)貨區(qū)域、無實物庫存后的備選倉庫;訂單根據收貨地址對應優(yōu)先發(fā)貨的倉庫，爭取盡快發(fā)貨盡早到貨。

　　倉庫庫存：倉庫實物庫存，由倉庫調度系統(tǒng)同步到商城庫存系統(tǒng)。

　　3.2 商城庫存流轉方案

　　商品庫存流轉涉及兩個主要操作：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

　　對于庫存扣減，目前常見有兩種庫存扣減方案：

　　(1)下單時扣庫存。

　　優(yōu)點是：實時扣庫存，避免付款時因庫存不足而阻斷影響用戶體驗。

　　缺點是：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臺手機，如果沒有限制下單數量，這100個庫存可能被一個用戶惡意占用，導致其他用戶無法購買。

　　(2)支付時扣庫存。

　　優(yōu)點是：不受惡意下單影響。

　　缺點是：當支付訂單數大于實際庫存，會阻斷部分用戶支付，影響購物體驗。比如說只有100臺手機，但可能下了1000個訂單，但有900個訂單在支付時無法購買。

　　從用戶體驗考慮，我們采用的是下單時扣庫存 + 回退這種方案。

　　下單時扣減庫存，但只保留一段時間(比如15分鐘)，保留時間段內未支付則釋放庫存，避免長時間占用庫存。

　　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回退。

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

　　3.3 精細化發(fā)貨管控

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

　　(1)分倉策略

　　為了給用戶更快的發(fā)貨，我們采用的是分倉策略，即由最近的倉庫(存在優(yōu)先級)給用戶發(fā)貨;同時存在備選倉庫，當所有倉庫無實物庫存時可走備選倉庫。

　　3.3.1 發(fā)貨限制

　　發(fā)貨限制分地區(qū)限制時間限制。

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

　　時間限制：倉庫的發(fā)貨時效管理，包括每天的發(fā)貨時段、大促發(fā)貨時段、以及特殊情況下的停發(fā)時段。

　　3.3.2 物流時效預估

　　根據用戶收貨地址，基于分倉策略確定發(fā)貨地址，再基于發(fā)貨時效確定發(fā)貨時間，提升用戶體驗。

　　四、系統(tǒng)架構技術要點

　　4.1 庫存扣減防重

　　訂單重復提交會導致庫存重復扣減，比如用戶誤提交、系統(tǒng)超時重試等，針對此類問題有如下常見解決方案：

　　訂單提交按鈕單擊置灰，避免重復提交。

　　注：對于按鈕置灰這種方案，可以減少用戶誤觸重復提交的可能性，但不能從根本上解決庫存被重復扣減的問題，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，帶上唯一的流水號，利用數據庫的唯一索引保證冪等等。

　　采用令牌機制。用戶提交訂單會進行令牌校驗，校驗通過才能提交訂單。

　　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，那么會產生多個訂單。

　　本系統(tǒng)采用的是保證接口冪等性的方案。

　　在庫存扣減接口入參中增加訂單序列號作為唯一標識，庫存扣減時增加一條扣減日志。當接口重復請求時，會優(yōu)先校驗是否已經存在扣減記錄，如果已存在則直接返回，避免重復扣減問題，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超賣風險厭惡度極高，常用的防超賣方案有：

　　方案一：

　　直接數據庫扣減。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)點是：

　　實庫實扣，不會出現超賣;

　　數據庫樂觀鎖保證并發(fā)扣減一致性;

　　數據庫事務保證批量扣減正�；貪L。

　　該方案的缺點是：

　　行級鎖的原因存在性能瓶頸，高并發(fā)會出現請求堵塞超時問題;

　　直連數據庫，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，強制串行化扣減同一商品庫存。

　　該方案的優(yōu)點是：

　　減輕數據庫壓力，同時還能確保不會超賣。

　　該方案的缺點是：

　　每次只能有一個請求搶占鎖，不能應對高并發(fā)場景。

　　對于常規(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據庫扣減，且針對弊端做了一些措施：

　　前置校驗嚴格，同時針對刷單場景會有嚴格限流，保證最終扣減庫存的流量可控;

　　庫存系統(tǒng)讀寫分離，減少數據庫的壓力。

　　4.2.2 高并發(fā)庫存扣減方案

　　針對高并發(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腳本實現單線程庫存更新)作為前置流程，代替數據庫直接更新。

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

　　針對緩存數據更新至數據庫，目前主流方案有兩種：

　　方案一：Redis數據直接異步更新至數據庫。

　　優(yōu)點：簡單、沒有復雜的流程。

　　缺陷：redis宕機或者故障，可能會造成緩存內庫存數據的丟失。

　　方案二：Redis扣減庫存時，同步在業(yè)務數據中insert庫存信息。

　　這里大家可能會有兩個疑問：

　　有數據庫的插入操作，性能怎么保證?

　　有數據庫的操作，又有redis的更新，事務性怎么保證?

　　異步更新業(yè)務庫存在延遲，庫存逆向回退如何保證?

　　對于疑問1：由于數據庫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據庫insert的事務內，通過數據庫的事務保證整體的事務。

　　insert的表被稱為庫存任務表，其中保存了庫存扣減的信息，庫存任務表結構可以設計的非常簡單，主鍵 + 庫存信息(json字符串)就可以了。

　　后續(xù)通過異步任務，從庫存任務表表中查詢出庫存更新信息，將其同步到具體的庫存表中，實現最終一致性，這種方案可以避免數據的丟失。

　　對于疑問3：庫存回退是根據業(yè)務庫中扣減記錄進行回退的，由于異步更新業(yè)務庫必定存在延遲(延遲極低，數秒以內)，所以極端場景會存在走退款逆向流程時業(yè)務庫的庫存扣減記錄還未更新。

　　針對這種情況庫存回退設置延遲重試機制，如果再極端點達到重試閾值依舊沒有扣減記錄，則返回回退成功，不做阻斷。

　　目前我們針對秒殺庫存扣減，采用的是方案2。但畢竟涉及數據庫的更新，為了避免風險，在前置流量校驗上做了限制，保證流量的可控：

　　4.2.3 庫存熱點問題

　　什么是熱點問題?熱點問題就是因熱點商品導致的redis、數據庫等性能瓶頸。在庫存系統(tǒng)中，熱點問題主要存在：

　　采用直接扣減庫存數據庫的方式，存在數據庫的行鎖問題。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，熱點商品扣減庫存操作會打向redis單片，造成單片性能抖動，從而出現redis性能瓶頸。

　　對于第1種熱點問題，在vivo商城常見的場景是：新發(fā)的爆品手機，在準點售賣時會有搶購效應，容易造成庫存數據庫單行的瓶頸問題。針對這種熱點問題，我們的解決方案是“分而治之”：

　　對于潛在的熱點爆款手機，我們會將庫存平均分為多行(比如M行)，扣減庫存時，隨機在M行中選取一行庫存數據進行扣減。該方案突破了數據庫單行鎖的瓶頸限制，解決了爆款商品的熱點問題。

　　對于第2種redis單片熱點問題，解決方案也是分而治之。將數據庫中的庫存數據同步到redis時，把key值打散，分散在多個redis單片中。注：我們目前線上的流量峰值還達不到會造成redis單片瓶頸的問題，為避免過度設計，只做了前置限流，沒有進行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景：

　　對接倉儲系統(tǒng)，完成實物庫存同步。

　　兼容歷史架構，商品系統(tǒng)庫存的可售庫存同步等。

　　(1)實物庫存同步：

　　實物庫存同步，對接的是倉儲系統(tǒng)，通過接口來獲取商品的實際庫存。實物庫存同步分成兩種：定時全量同步、指定單品更新。

　　定時全量同步：每天定時全量拉取庫存調度平臺的實物庫存進行全量同步。

　　制定單品：運營也可以手動觸發(fā)單個sku的商品即時同步實物庫存。

　　(2)商品系統(tǒng)庫存同步：

　　由于庫存系統(tǒng)多個場景涉及庫存變更，運營手動編輯、用戶下單退款導致庫存扣減回退，還有商品系統(tǒng)內編輯庫存數據也會導致庫存變更(以前庫存系統(tǒng)未獨立，庫存數據維護在商品系統(tǒng))。同時很多業(yè)務在查詢庫存時，參考的依舊是商品系統(tǒng)的庫存數據。

　　這里有一個問題：庫存系統(tǒng)已經獨立出來，為什么還會依賴商品系統(tǒng)的庫存數據?

　　這有兩點原因：

　　商城多個業(yè)務的后臺有商品篩選的需要，商品篩選會有庫存數量的篩選項。商品數量很多，篩選是分頁的，如果將庫存數據全部替換成庫存系統(tǒng)的，那么存在跨系統(tǒng)分頁問題，分頁篩選會存在問題;

　　歷史遺留問題，很多業(yè)務方依賴的是商品系統(tǒng)的庫存數據(包括依賴商品庫存離線表的業(yè)務方)，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)兩邊庫存數據的一致。

　　庫存變更場景多，為了降低業(yè)務復雜度、采用簡單的方式實現庫存同步，我們利用了團隊自研的CDC系統(tǒng)(魯班平臺)，整體流程如下：

　　庫存數據庫發(fā)生變更后，魯班平臺通過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)消費消息完成庫存同步變更。

　　五、總結及展望

　　最后對庫存系統(tǒng)進行一個總結：

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

　　完成庫存架構分層，抽象多個庫存類型，更靈活地滿足當前業(yè)務需求。

　　針對庫存扣減防重、高并發(fā)場景下的庫存扣減、庫存熱點問題、庫存同步等技術問題，我們根據業(yè)務實際情況設計合理方案。

　　展望

　　目前vivo商城庫存系統(tǒng)平臺化能力不足，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。