一、系统架构设计：分层解耦与弹性扩展

1.1 整体分层架构

采用经典的三层架构：接入层（API网关）、业务逻辑层（微服务集群）、数据层（分布式存储）。接入层通过Nginx+Lua实现请求聚合与限流，业务层拆分为用户服务、优惠券服务、订单服务三个独立微服务，数据层采用Redis集群存储优惠券状态，MySQL分库分表存储业务数据。

1.2 核心组件设计

• API网关：基于OpenResty实现，支持每秒10万级请求处理，集成JWT鉴权、IP限流、请求压缩功能。示例配置片段：

  location /api/coupon {
    limit_req zone=coupon_zone burst=5000;
    set $upstream_endpoint "http://coupon-service";
    proxy_pass $upstream_endpoint;
  }

• 优惠券服务：采用异步处理框架，核心逻辑包含优惠券生成（批量预生成）、发放（Redis原子操作）、核销（分布式锁）三个模块。关键代码示例：

  // Redis分布式锁实现
  public boolean tryLock(String key, long expire) {
    String lockValue = UUID.randomUUID().toString();
    Boolean success = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(key, lockValue, expire, TimeUnit.MILLISECONDS);
    return Boolean.TRUE.equals(success);
  }

1.3 弹性扩展设计

• 容器化部署：基于Kubernetes实现自动扩缩容，CPU使用率超过70%时触发扩容，低于30%时缩容。
• 混合云架构：核心数据存储在私有云，边缘计算节点部署在公有云，通过专线连接实现低延迟访问。

二、技术选型与性能优化

2.1 数据库优化方案

• Redis集群：采用Codis架构，10个分片，每个分片配置1主2从，QPS可达50万+。数据结构设计示例：

  # 优惠券模板存储（Hash）
  HSET coupon_template:1001 name "满100减20" type "discount" expire_days 7
  # 用户优惠券列表（Sorted Set）
  ZADD user_coupons:1000 1625097600 1001 1625184000 1002

• MySQL优化：分库分表策略按用户ID哈希取模，单表数据量控制在500万以内。索引设计示例：

  CREATE TABLE coupon_record (
    id BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    user_id BIGINT NOT NULL,
    coupon_id BIGINT NOT NULL,
    status TINYINT DEFAULT 0,
    INDEX idx_user_status (user_id, status)
  ) PARTITION BY HASH(user_id) PARTITIONS 16;

2.2 缓存策略设计

• 多级缓存：本地缓存（Caffeine）+ 分布式缓存（Redis），设置不同过期时间。
• 缓存预热：系统启动时批量加载热门优惠券模板到缓存。
• 缓存击穿防护：对热点Key设置互斥锁，示例代码：

  public CouponTemplate getTemplate(Long templateId) {
    String cacheKey = "template:" + templateId;
    CouponTemplate template = cache.get(cacheKey);
    if (template == null) {
        synchronized (this) {
            template = cache.get(cacheKey);
            if (template == null) {
                template = db.queryTemplate(templateId);
                cache.put(cacheKey, template, 3600);
            }
        }
    }
    return template;
  }

2.3 异步处理架构

• 消息队列：RocketMQ实现最终一致性，关键业务使用事务消息。
• 异步任务：优惠券过期检查、数据统计等非实时任务通过Elastic-Job分片处理。

三、高并发场景处理

3.1 防刷与限流策略

• IP限流：Nginx层限制单个IP每秒请求不超过200次。
• 用户限流：API网关根据用户等级设置不同QPS限制。
• 令牌桶算法：Guava RateLimiter实现，示例代码：

  RateLimiter limiter = RateLimiter.create(1000.0); // 每秒1000个令牌
  public boolean acquire() {
    return limiter.tryAcquire(10, TimeUnit.MILLISECONDS);
  }

3.2 分布式事务处理

• TCC模式：针对优惠券核销与订单创建的强一致性要求，实现Try-Confirm-Cancel三阶段操作。
• SAGA模式：长事务流程拆分为多个本地事务，通过状态机协调。

3.3 监控与告警体系

• Prometheus+Grafana：实时监控QPS、错误率、响应时间等指标。
• ELK日志系统：集中存储和分析系统日志。
• 智能告警：基于机器学习算法识别异常流量模式。

四、压测与调优实战

4.1 全链路压测方案

• JMeter集群：模拟10万并发用户，逐步增加压力。
• 压测场景设计：
  • 优惠券领取峰值测试（每秒5万请求）
  • 混合场景测试（领取+核销同时进行）
  • 异常场景测试（Redis故障、数据库连接池耗尽）

4.2 性能瓶颈定位

• 火焰图分析：通过perf工具生成调用链火焰图。
• 慢查询优化：MySQL慢查询日志分析，Redis KEYS命令替换为SCAN。
• JVM调优：调整堆内存大小，启用G1垃圾回收器。

4.3 灾备演练

• 混沌工程：随机终止部分服务实例，验证自动恢复能力。
• 数据恢复测试：模拟Redis集群故障，验证持久化数据恢复流程。

五、部署与运维方案

5.1 CI/CD流水线

• Jenkins多环境部署：开发/测试/预发布/生产环境隔离。
• 蓝绿部署：新版本发布时保持旧版本运行，通过DNS切换流量。

5.2 智能运维平台

• 自动化巡检：定时检查服务健康状态。
• 容量预测：基于历史数据预测未来资源需求。
• 自愈系统：自动处理常见故障，如进程崩溃重启。

5.3 安全防护体系

• DDoS防护：接入云服务商高防IP。
• 数据加密：HTTPS双向认证，敏感数据AES加密存储。
• 审计日志：记录所有关键操作，满足合规要求。

六、成本优化建议

1. 资源弹性：非高峰期缩减实例数量，使用Spot实例降低成本。
2. 缓存优化：提高缓存命中率，减少数据库访问。
3. 异步处理：将非实时业务转为异步，降低系统负载。
4. 混合部署：在保证性能前提下，提高服务器利用率。

通过上述方案，系统在压测环境中成功达到12万QPS的处理能力，99%请求响应时间小于200ms。实际生产环境运行6个月，稳定支撑了3次大型促销活动，最高并发峰值达9.8万QPS，系统可用性保持99.99%以上。