12306难点-售票设计思路

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/414572755

一：通用设计

火车售票系统的设计是一个复杂的问题，需要考虑车次、站点、座位、价格、时间以及用户需求等多个维度。系统设计通常包括用户界面、业务逻辑、数据存储等多个部分。下面我将主要讨论数据模型和库存管理。

数据模型
火车售票系统的数据模型需要设计得既能够处理复杂的查询，又能够有效地更新库存。以下是一些主要的实体和关系：

实体：

车次(Train)
车次ID
车次号码
起始站
终点站
发车时间
到达时间
其它车次信息（如车型）
站点(Station)

站点ID
站点名称
站点描述
座位(Seat)

座位ID
车厢号
座位号
座位类型（如硬座、软座、硬卧、软卧）
票价(Price)

价格ID
从站点ID
到站点ID
座位类型
价格

关系：
车次与站点

车次可以停靠多个站点，站点可以被多个车次停靠。
车次与座位

每个车次有多种类型的座位。
票价与车次、站点

票价由车次、起始站和到达站共同决定。

库存设计
库存表的设计是关键，需要能够灵活地处理分站售票的问题。你可以采用“区间库存”模型，即记录每个区间的座位数。

库存表(Inventory)：
车次ID
座位类型
出发站点ID
到达站点ID
可用座位数量
库存表的主要操作：
查询操作：用户查询时，需要根据用户的起始站和到达站查询出所有经过这些站点的车次，再根据每个区间的可用座位数量来确定是否有票。

预定操作：当用户预定车票时，系统需要更新所有受影响的区间的库存量。例如，如果用户从北京到上海预定了一张票，那么北京到上海之间的所有区间的可用座位数量都要减一。

取消操作：如果用户取消预定，系统需要将相应区间的可用座位数量加回。

实现注意事项：
事务管理：预定和取消操作涉及多个库存记录的更新，需要保证事务的一致性，防止数据不一致。

并发控制：必须要有适当的并发控制机制，防止多个用户同时预定导致超卖的情况。

数据一致性：在更新库存时，需要保证更新操作的原子性，确保数据的一致性。

性能优化：考虑到火车售票系统可能面临高并发的情况，需要优化数据库的读写性能，可能需要使用缓存、索引、分布式数据库等技术。

分布式系统的考虑：如果系统规模很大，还需要考虑分布式系统的问题，比如数据的分片、负载均衡、容灾备份等。

二：库存站点关系优化

分站售票考虑到出发站点和到达站点问题，如果我买了一站票，可能会update多行，会对系统开销比较大。而且查询的时候也很不方便，确实，如果每个区间都有一行记录，那么预定和查询操作都可能会涉及多行的更新和检索，这在高并发场景下会对性能造成影响。为了优化这个问题，可以考虑以下策略：

位图法（Bitmap）
一种可能的优化方法是使用位图（Bitmap）来表示座位在各个区间的占用情况。每个位代表一个座位的状态（0表示空闲，1表示占用），具体到每个车次，都有一个对应的位图表示所有从发车站到终点站的座位状态。

查询：查询时，只需要检查用户旅程对应区间的位图，通过位运算迅速得知是否有空座。
预定：预定时，更新位图即可，效率较高。
取消：取消时，只需将对应的位重置为0。

区间树（Segment Tree）或线段树数据结构
区间树是一种适合于管理区间的数据结构，它可以有效地解决区间重叠的问题，并且可以快速更新和查询区间的信息。每个树节点表示一个区间，叶节点表示最小的区间（通常是单个站点之间的区间），非叶节点表示由其子节点区间合并而成的更大区间。

查询：查询可以在对数时间内完成，因为只需要遍历树的部分节点即可。
预定：在预定一张票时，只需要更新从根节点到叶节点路径上的所有节点。
取消：取消预定时，更新路径上的节点即可。
基于时间的库存系统
考虑到火车站点之间的区间是固定的，可以使用基于时间的库存系统来跟踪每个区间的座位数。

数据结构：对于每个车次和每种座位类型，维护一个以时间为轴的数组或列表，其中每个元素表示一个出发时间点的座位库存情况。
优化处理：当用户预定票时，系统只需更新用户旅行区间内的时间点的库存，而不必更新整个区间的所有时间点。
缓存和异步处理
对于频繁的操作，可以使用缓存来存储热点数据，比如热门车次的座位信息。同时，可以采用异步处理机制来优化性能：

缓存机制：对于查询操作，可以将热门车次的座位信息缓存在内存中，以减少对数据库的访问。
异步更新：当用户预定或取消票务时，可以先在缓存中更新数据，然后异步地将更新操作批量写入数据库。
分布式系统设计
如果系统需要支持非常大的用户量和数据量，可以考虑使用分布式数据库和服务来分散负载：

数据库分片：将数据分散存储在不同的数据库中，每个数据库只处理一部分区间的数据。
微服务架构：将系统拆分成多个小服务，每个服务负责系统的一部分功能，比如一个服务专门处理票务查询，另一个服务处理订单管理等。

用位图方法较为合适，可以把位图存储在redis当中。每一行代表某个车站的座位信息。