一、需求緣起

很多業(yè)務(wù)都有“計(jì)數(shù)”需求，以微博為例：

微博首頁(yè)的個(gè)人中心部分，有三個(gè)重要的計(jì)數(shù)：

• 關(guān)注了多少人的計(jì)數(shù)
• 粉絲的計(jì)數(shù)
• 發(fā)布博文的計(jì)數(shù)

微博首頁(yè)的博文消息主體部分，也有有很多計(jì)數(shù)，分別是一條博文的：

• 轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)數(shù)
• 評(píng)論計(jì)數(shù)
• 點(diǎn)贊計(jì)數(shù)
• 甚至是瀏覽計(jì)數(shù)

在業(yè)務(wù)復(fù)雜，計(jì)數(shù)擴(kuò)展頻繁，數(shù)據(jù)量大，并發(fā)量大的情況下，計(jì)數(shù)系統(tǒng)的架構(gòu)演進(jìn)與實(shí)踐，是本文將要討論的問(wèn)題。

二、業(yè)務(wù)分析與計(jì)數(shù)初步實(shí)現(xiàn)

典型的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，常常分為這么幾層：

• 調(diào)用層：處于端上的browser或者APP
• 站點(diǎn)層：拼裝html或者json返回的web-server層
• 服務(wù)層：提供RPC調(diào)用接口的service層
• 數(shù)據(jù)層：提供固化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的db，以及加速存儲(chǔ)的cache

針對(duì)“緣起”里微博計(jì)數(shù)的例子，主要涉及“關(guān)注”業(yè)務(wù)，“粉絲”業(yè)務(wù)，“微博消息”業(yè)務(wù)，一般來(lái)說(shuō)，會(huì)有相應(yīng)的db存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，相應(yīng)的service提供相關(guān)業(yè)務(wù)的RPC接口：

• 關(guān)注服務(wù)：提供關(guān)注數(shù)據(jù)的增刪查改RPC接口
• 粉絲服務(wù)：提供粉絲數(shù)據(jù)的增刪查改RPC接口
• 消息服務(wù)：提供微博消息數(shù)據(jù)的增刪查改RPC接口，消息業(yè)務(wù)相對(duì)比較復(fù)雜，涉及微博消息、轉(zhuǎn)發(fā)、評(píng)論、點(diǎn)贊等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

對(duì)關(guān)注、粉絲、微博業(yè)務(wù)進(jìn)行了初步解析，那首頁(yè)的計(jì)數(shù)需求應(yīng)該如何滿足呢?

很容易想到，關(guān)注服務(wù)+粉絲服務(wù)+消息服務(wù)均提供相應(yīng)接口，就能拿到相關(guān)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。

例如，個(gè)人中心首頁(yè)，需要展現(xiàn)博文數(shù)量這個(gè)計(jì)數(shù)，web層訪問(wèn)message-service的count接口，這個(gè)接口執(zhí)行：

select count(*) from t_msg where uid = XXX 

同理，也很容易拿到關(guān)注，粉絲的這些計(jì)數(shù)。

這個(gè)方案叫做“count”計(jì)數(shù)法，在數(shù)據(jù)量并發(fā)量不大的情況下，最容易想到且最經(jīng)常使用的就是這種方法，但隨著數(shù)據(jù)量的上升，并發(fā)量的上升，這個(gè)方法的弊端將逐步展現(xiàn)。

例如，微博首頁(yè)有很多條微博消息，每條消息有若干計(jì)數(shù)，此時(shí)計(jì)數(shù)的拉取就成了一個(gè)龐大的工程：

整個(gè)拉取計(jì)數(shù)的偽代碼如下：

list<msg_id> = getHomePageMsg(uid);// 獲取首頁(yè)所有消息 
for( msg_id in list<msg_id>){ // 對(duì)每一條消息 
         getReadCount(msg_id);  // 閱讀計(jì)數(shù) 
         getForwordCount(msg_id); // 轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)數(shù) 
         getCommentCount(msg_id); // 評(píng)論計(jì)數(shù) 
         getPraiseCount(msg_id); // 贊計(jì)數(shù) 
} 

其中：

• 每一個(gè)微博消息的若干個(gè)計(jì)數(shù)，都對(duì)應(yīng)4個(gè)后端服務(wù)訪問(wèn)
• 每一個(gè)訪問(wèn)，對(duì)應(yīng)一條count的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)(count要了老命了)

其效率之低，資源消耗之大，處理時(shí)間之長(zhǎng)，可想而知。

“count”計(jì)數(shù)法方案，可以總結(jié)為：

• 多條消息多次查詢，for循環(huán)進(jìn)行
• 一條消息多次查詢，多個(gè)計(jì)數(shù)的查詢
• 一次查詢一個(gè)count，每個(gè)計(jì)數(shù)都是一個(gè)count語(yǔ)句

那如何進(jìn)行優(yōu)化呢?

三、計(jì)數(shù)外置的架構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)數(shù)是一個(gè)通用的需求，有沒(méi)有可能，這個(gè)計(jì)數(shù)的需求實(shí)現(xiàn)在一個(gè)通用的系統(tǒng)里，而不是由關(guān)注服務(wù)、粉絲服務(wù)、微博服務(wù)來(lái)分別來(lái)提供相應(yīng)的功能呢(否則擴(kuò)展性極差)?

這樣需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的計(jì)數(shù)服務(wù)。

通過(guò)分析，上述微博的業(yè)務(wù)可以抽象成兩類：

• 用戶(uid)維度的計(jì)數(shù)：用戶的關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，發(fā)布的微博計(jì)數(shù)
• 微博消息(msg_id)維度的計(jì)數(shù)：消息轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)數(shù)，評(píng)論計(jì)數(shù)，點(diǎn)贊計(jì)數(shù)

于是可以抽象出兩個(gè)表，針對(duì)這兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)的存儲(chǔ)：

t_user_count (uid, gz_count, fs_count, wb_count); 
t_msg_count (msg_id, forword_count, comment_count, praise_count); 

甚至可以更為抽象，一個(gè)表搞定所有計(jì)數(shù)：

t_count(id, type, c1, c2, c3, …) 

通過(guò)type來(lái)判斷，id究竟是uid還是msg_id，但并不建議這么做。

存儲(chǔ)抽象完，再抽象出一個(gè)計(jì)數(shù)服務(wù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，提供友善的RPC接口：

這樣，在查詢一條微博消息的若干個(gè)計(jì)數(shù)的時(shí)候，不用進(jìn)行多次數(shù)據(jù)庫(kù)count操作，而會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l數(shù)據(jù)的多個(gè)屬性的查詢：

for(msg_id in list<msg_id>) { 
select forword_count, comment_count, praise_count  
    from t_msg_count  
    where msg_id=$msg_id; 
} 

甚至，可以將微博首頁(yè)所有消息的計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭lIN語(yǔ)句(不用多次查詢了)的批量查詢：

select * from t_msg_count  
    where msg_id IN 
    ($msg_id1, $msg_id2, $msg_id3, …); 

IN查詢可以***msg_id聚集索引，效率很高。

方案非常帥氣，接下來(lái)，問(wèn)題轉(zhuǎn)化為：當(dāng)有微博被轉(zhuǎn)發(fā)、評(píng)論、點(diǎn)贊的時(shí)候，計(jì)數(shù)服務(wù)如何同步的進(jìn)行計(jì)數(shù)的變更呢?

如果讓業(yè)務(wù)服務(wù)來(lái)調(diào)用計(jì)數(shù)服務(wù)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)與計(jì)數(shù)系統(tǒng)耦合。

之前的文章介紹過(guò)，對(duì)于不關(guān)心下游結(jié)果的業(yè)務(wù)，可以使用MQ來(lái)解耦(具體請(qǐng)查閱《到底什么時(shí)候該使用MQ?》)，在業(yè)務(wù)發(fā)生變化的時(shí)候，向MQ發(fā)送一條異步消息，通知計(jì)數(shù)系統(tǒng)計(jì)數(shù)發(fā)生了變化即可：

如上圖：

• 用戶新發(fā)布了一條微博
• msg-service向MQ發(fā)送一條消息
• counting-service從MQ接收消息
• counting-service變更這個(gè)uid發(fā)布微博消息計(jì)數(shù)

這個(gè)方案稱為“計(jì)數(shù)外置”，可以總結(jié)為：

• 通過(guò)counting-service單獨(dú)保存計(jì)數(shù)
• MQ同步計(jì)數(shù)的變更
• 多條消息的多個(gè)計(jì)數(shù)，一個(gè)批量IN查詢完成

計(jì)數(shù)外置，本質(zhì)是數(shù)據(jù)的冗余，架構(gòu)設(shè)計(jì)上，數(shù)據(jù)冗余必將引發(fā)數(shù)據(jù)的一致性問(wèn)題，需要有機(jī)制來(lái)保證計(jì)數(shù)系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)一致，常見(jiàn)的方法有：

• 對(duì)于一致性要求比較高的業(yè)務(wù)，要有定期check并fix的機(jī)制，例如關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，微博消息計(jì)數(shù)等
• 對(duì)于一致性要求比較低的業(yè)務(wù)，即使有數(shù)據(jù)不一致，業(yè)務(wù)可以接受，例如微博瀏覽數(shù)，微博轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)等

四、計(jì)數(shù)外置緩存優(yōu)化

計(jì)數(shù)外置很大程度上解決了計(jì)數(shù)存取的性能問(wèn)題，但是否還有優(yōu)化空間呢?

像關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，微博消息計(jì)數(shù)，變化的頻率很低，查詢的頻率很高，這類讀多些少的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，非常適合使用緩存來(lái)進(jìn)行查詢優(yōu)化，減少數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢次數(shù)，降低數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力。

但是，緩存是kv結(jié)構(gòu)的，無(wú)法像數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，設(shè)置成t_uid_count(uid, c1, c2, c3)這樣的schema，如何來(lái)對(duì)kv進(jìn)行設(shè)計(jì)呢?

緩存kv結(jié)構(gòu)的value是計(jì)數(shù)，看來(lái)只能在key上做設(shè)計(jì)，很容易想到，可以使用uid:type來(lái)做key，存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)type的計(jì)數(shù)。

對(duì)于uid=123的用戶，其關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，微博消息計(jì)數(shù)的緩存就可以設(shè)計(jì)為：

此時(shí)對(duì)應(yīng)的counting-service架構(gòu)變?yōu)椋?/p>

如此這般，多個(gè)uid的多個(gè)計(jì)數(shù)，又可能會(huì)變?yōu)槎啻尉彺娴脑L問(wèn)：

for(uid in list<uid>) { 
 memcache::get($uid:c1, $uid:c2, $uid:c3); 
} 

這個(gè)“計(jì)數(shù)外置緩存優(yōu)化”方案，可以總結(jié)為：

• 使用緩存來(lái)保存讀多寫(xiě)少的計(jì)數(shù)(其實(shí)寫(xiě)多讀少，一致性要求不高的計(jì)數(shù)，也可以先用緩存保存，然后定期刷到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以降低數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)壓力)
• 使用id:type的方式作為緩存的key，使用count來(lái)作為緩存的value
• 多次讀取緩存來(lái)查詢多個(gè)uid的計(jì)數(shù)

五、緩存批量讀取優(yōu)化

緩存的使用能夠極大降低數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力，但多次緩存交互依舊存在優(yōu)化空間，有沒(méi)有辦法進(jìn)一步優(yōu)化呢?

當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)!

不要陷入思維定式，誰(shuí)說(shuō)value一定只能是一個(gè)計(jì)數(shù)，難道不能多個(gè)計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在一個(gè)value中么?

緩存kv結(jié)構(gòu)的key是uid，value可以是多個(gè)計(jì)數(shù)同時(shí)存儲(chǔ)。

對(duì)于uid=123的用戶，其關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，微博消息計(jì)數(shù)的緩存就可以設(shè)計(jì)為：

這樣多個(gè)用戶，多個(gè)計(jì)數(shù)的查詢就可以一次搞定：

memcache::get($uid1, $uid2, $uid3, …); 

然后對(duì)獲取的value進(jìn)行分析，得到關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，微博計(jì)數(shù)。

如果計(jì)數(shù)value能夠事先預(yù)估一個(gè)范圍，甚至可以用一個(gè)整數(shù)的不同bit來(lái)存儲(chǔ)多個(gè)計(jì)數(shù)，用整數(shù)的與或非計(jì)算提高效率。

這個(gè)“計(jì)數(shù)外置緩存批量?jī)?yōu)化”方案，可以總結(jié)為：

• 使用id作為key，使用同一個(gè)id的多個(gè)計(jì)數(shù)的拼接作為value
• 多個(gè)id的多個(gè)計(jì)數(shù)查詢，一次搞定

六、計(jì)數(shù)擴(kuò)展性優(yōu)化

考慮完效率，架構(gòu)設(shè)計(jì)上還需要考慮擴(kuò)展性，如果uid除了關(guān)注計(jì)數(shù)，粉絲計(jì)數(shù)，微博計(jì)數(shù)，還要增加一個(gè)計(jì)數(shù)，這時(shí)系統(tǒng)需要做什么變更呢?

之前的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)是：

t_user_count(uid, gz_count, fs_count, wb_count) 

這種設(shè)計(jì)，通過(guò)列來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)的存儲(chǔ)，如果增加一個(gè)XX計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的表結(jié)構(gòu)要變更為：

t_user_count(uid, gz_count, fs_count, wb_count, XX_count) 

在數(shù)據(jù)量很大的情況下，頻繁的變更數(shù)據(jù)庫(kù)schema的結(jié)構(gòu)顯然是不可取的，有沒(méi)有擴(kuò)展性更好的方式呢?

當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)!

不要陷入思維定式，誰(shuí)說(shuō)只能通過(guò)擴(kuò)展列來(lái)擴(kuò)展屬性，通過(guò)擴(kuò)展行來(lái)擴(kuò)展屬性，在“架構(gòu)師之路”的系列文章里也不是***次出現(xiàn)了(具體請(qǐng)查閱《啥，又要為表增加一列屬性?》《這才是真正的表擴(kuò)展方案》《100億數(shù)據(jù)1萬(wàn)屬性數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)》)，完全可以這樣設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)：

t_user_count(uid, count_key, count_value) 

如果需要新增一個(gè)計(jì)數(shù)XX_count，只需要增加一行即可，而不需要變更表結(jié)構(gòu)：

七、總結(jié)

小小的計(jì)數(shù)，在數(shù)據(jù)量大，并發(fā)量大的時(shí)候，其架構(gòu)實(shí)踐思路為：

• 計(jì)數(shù)外置：由“count計(jì)數(shù)法”升級(jí)為“計(jì)數(shù)外置法”
• 讀多寫(xiě)少，甚至寫(xiě)多但一致性要求不高的計(jì)數(shù)，需要進(jìn)行緩存優(yōu)化，降低數(shù)據(jù)庫(kù)壓力
• 緩存kv設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以由[key:type]->[count]，優(yōu)化為[key]->[c1:c2:c3]

即：

優(yōu)化為：

數(shù)據(jù)庫(kù)擴(kuò)展性優(yōu)化，可以由列擴(kuò)展優(yōu)化為行擴(kuò)展

即：

優(yōu)化為：

 

計(jì)數(shù)系統(tǒng)架構(gòu)先聊到這里，希望大家有收獲。

【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】

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