抛砖引玉之一 —— 由12306引发的抢购模式的思考
本文不涉及数据库原理，不会简单的对比oracle、mysql、sqlserver这些RDBMS的优异（事实上也很难得出结论），只是基于个人观点引发的一点思考，欢迎拍砖；
一个话题总要有切入点，但这次的切入点显得有些突兀；
事实上，我们是从数据库的负载均衡问题聊起来的。前面的内容不再赘述，只是话题忽的引到12306订单系统如何应对大并发的问题上；
由于没有现成的资料，无法评论12306的应用以及数据库架构是否合理。不过从表象上可以猜到一些倪端：
表象：在春运期间，一般车票是提前N天开始预订，但在放票开始的几秒内被抢购一空
分析：
- 明显的“排队”模式（或者说是队列模式）；特点和显示生活中排队购票的情景一样，大家排起长队，放票开始后排在前面的先买到，排在后面的如果正好赶上“票已售完”，那就完成了这轮购票任务，下次请早……这是V1.0
- 通过分时段放票，增加用户排在前面的几率；经历过第一阶段，可能有人发现，如果集中放票，大家都在拼谁起的早，谁跑得快。如果每天只放一部分，那第一天抢到票的人后几天就不会再排队了；或者有人不可能天天都起那么早，于是其他人就有机会买到票了，间接增加了用户买到票的几率；由于这还是基于排队理论，我们姑且叫它V1.1
- 通过多开窗口，提高并发能力；这是大并发环境下的产物。有人发现，购票的人太多了，票也太多了，指着一个售票员，可能20个小时也卖不完，如果下班关窗口走人，又会激怒后面已经排队的人。于是，1个窗口变成8个，同时销售，增加了并发能力；不过也有问题，要是您排的这队前面有个用钢镚买好几张票的，那估计又白排了。不过这个现象在虚拟环境会通过设置超时时间来控制；这个版本是V1.2
经过3个版本的演变，貌似我们的购票系统已经相对完善了很多，抽象化一下就可以开始架构设计、开发了。但事实是真的可以么？
用过12306的同学们，99%以上都经历过春运购票的痛苦，而上面这种购票的模式，在很多场景都被广泛应用，似乎没有什么问题，那问题出在哪里？痛苦的根源在哪里？
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我们先来比较一下排队模式在现实世界和虚拟世界有哪些差异
- 成本比较
现实世界：最常见就是通宵排队，争取排到靠前的位置，以此来争取在购票环节能抢得先机。要想在这个环节中获胜，身体好、跑得快是关键因素；
虚拟世界：有了软件，很方便的实现了定时抢票的效果，不用人盯着机器通宵达旦（为了避免程序BUG，有时还是需要熬夜手动抢票），时间成本被极度缩减；
效果1：原来排一次队可能要1个小时才能到达售票窗口咨询是否有票，现在可能1分钟甚至更短的时间就能从几百名开外排到售票窗口前，并迅速查出是否有票；
- 并发比较
现实世界：尽管购票窗口有多个，但每个人每次只能选择一条队列，而对于是否能买到票，还存在诸多运气因素，比如前面购票人动作太慢，导致有限的资源被其他窗口先占得，亦或是你前面那个人买下了所有的当次车票等等；
虚拟世界：由于时间成本的降低，以及计算机运算的高效性，单位时间内可操作的指令数增加，排队效率随之增加；简单说，就是原来一次只能排一队，现在只要开多个窗口就能同时排到多个队列中（在实际情况中，往往会通过身份验证等方式限制并发登陆的问题）效果2：原来一个人一次只能排一队，现在一个人可以同时排多个队列；
上面两种，我们称之为客观因素；那其他方面呢？
- 情感因素
为了照顾老幼病残孕以及军人及其他有特殊贡献的人，现实世界中往往会有“绿色通道”或“优先购票窗口”的存在，这是基于道德层面而产生的符合大众道德观念的做法。当然，只要做好“身份验证”这一关键步骤，大众都是可以理解的；
但这在虚拟世界中却很难实现，一个是由于“身份验证”的问题（虚拟世界很难判定符合优先条订票人和实际操作人是否为同一个人，如果选择代购，按照我们的道德观念，也不应该排到优先窗口那一队），另一方面是由于相对于现实世界，有这种需求的群体其比例相当小，而通过网络方式订票，从操作上的最低需求上，基本上屏蔽了这一部分群体；
- 黄牛因素
这可能是差异最大的问题。
现实世界：由于时间成本、人力成本（毕竟雇人排队也是要付报酬的）、处罚成本相对较高，因此从总体样本上来看，黄牛党尽管必定存在，但随着处罚力度的加强，势必会逐步维护大众购票利益；
虚拟时间：根据上面客观因素的分析，黄牛的成本大大降低，而虚拟身份的辨识度问题也为黄牛党制造了更多有利的条件（手上没有现实的统计数据，但我相信黄牛订单无论从数量还是样本占比上，都比现实世界高了很多，甚至是数量级上的差异）
上面两种，我们称之为主观因素；
基于以上因素的考虑，我们可以看出，尽管网络购票的方式有极大的便利性，但直接套用“排队模式”或许会带来更大的问题（黄牛问题最为明显），这就对原有模式中强调的公平性产生最大的挑战，但如何才能做到更公平？
严格意义上讲，公平只是我们在诸多因素影响下想要达到的一种理想化状态而已，这个状态是短暂的，或者说是极不稳定状态，任何一点的因素都可能打破它的平衡性；如果这样看，那不公平或许才是一种常态；
笔者观点：公平并非必然，不公平也并非偶然。
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既然公平是一种极不稳定的状态，或许我们可以通过一种工具使之趋于的动态平衡，这里我倾向于引入随机性；
简单来说：假设我们在收集的所有样本（这些样本可以理解为某一列次车票的所有订单）中随机选择一些使其获得车票，这或许也是一种公平的描述方式（现实中，在有限资源的争用问题上，“猜拳做主”并非不是一无是处，尽管这被大多数人视为儿戏……）
既然这样，那我们就有了一个方向——通过引入随机性，而使得资源进行离散式的分配；
现实世界中，这种方式也是有实用场景的，比如目前的《北京地区小客车摇号政策》；
这是如何实现的呢？
1、每一期在固定的时间段内（一般是10~50天）接收用户申请信息，并又后台来进行审核，确认申请单的有效性；
2、固定时间（目前为双月的26日），摇号线程将在纪检监察人员的监督和公证人员的公证下，从现场摇号的申请人代表中随机抽取6人，抽取按确定的6人按顺序从左到右排列，从高位到地位随机取6个数字，生成随机种子数，产生摇号结果。
至此，结果生成了，整个摇号的过程完全不存在流量过大的问题，因为申请单已经在几天前都收集完了。
这样的好处有两个：
1、分流申请流量。通过提前收取、审核的方式，将流量分摊到信息收集的窗口的每个时间片；
2、避免某些不法人士通过非正常手段抢在队列前面。由于中签结果存在随机性，而与提交申请单的先后顺序无关，因此没有人可以提前预测结果（程序BUG除外）
看到这里，也许有人会说，购买火车票是刚性需求，和小客车摇号完全不是一个概念。
我有以下2个解释：
1、小客车摇号也是刚性需求。或许在这个月买车还是下个月买车的问题上不像火车票那样紧迫，但从更高一级的层面上看，回家的方式有多种，买不到火车票可以坐飞机、长途车、搭顺风车、甚至跑几个马拉松回去，比购车只能摇号，不知道多了多少种实现的方法；
2、如果将现实世界中的车票购买量转化为虚拟世界的订单量，通过随机方式中签的几率不比你排到前面并买到票的几率低（排队买票的时候，有没有遇到过排在第二位，发现还有两张票，正在庆幸没白等的同时，前面一位拿出几张毛爷爷一晃“两张我都要了”的情形？）
至此，或许我们已经有了一种方案来替代现有的排队模式
1、划定时间段，用户提交申请，并在摇号前完成审核，确认有效订单；
2、增加摇号时的随机性，使结果更为“公平”；
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话题聊到这里，貌似可以进入总结陈词了，但另外一个问题冒了出来：
如果采用提前提交申请的方式，可能导致大量黄牛多次提交申请，导致有效样本（这里指需要订票，且只提交一次申请的订单）的占比急剧下降，而大量脏样本（形如黄牛订单，一人提交多个，或利用他人身份信息订票但实际不乘车）在随机算法的应用下，获得更多的中签几率，这就公平么？
当然，上面所说的通过随机方法摇号生成中签结果的过程，只是在理想状态下实现的（有效样本即为总样本），在现实中，上面问题提到的情况是必然存在的。因此，如何审核并辨识有效订单就成为这个问题的关键；
在此，由于个人知识层面远没有涉及这么广泛，因此不敢妄断，但我要说的是：在排队模式中，脏样本就不会存在了么？如果脏样本都排在队列的前面（现实中，在春运期间，一张车票放出来往往几秒钟就被抢购了，这其中被黄牛拿到的几率有多大，大家想想就知道了），那就是所谓的公平么？
总结：采用随机方法确定中签订单的方法，在虚拟世界这种大样本量的环境中，比队列模式更能体现公平，而与此同时，还对分散流量有很大的帮助；
而这种方法也适用于各种抢购、秒杀场景（现实中，抢购、秒杀的商业意义远大于其趣味性）；
以上仅代表个人观点，欢迎拍砖~
