隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，票務(wù)系統(tǒng)也在不斷升級，比如實現(xiàn)了移動支付、電子票據(jù)、實時數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)功能。此外，許多票務(wù)系統(tǒng)還引入了人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，用于精準(zhǔn)營銷、個性化推薦和風(fēng)險管理。

然而，票務(wù)系統(tǒng)也存在一些挑戰(zhàn)，如如何保護(hù)用戶隱私，如何防止票務(wù)欺詐，以及如何提供更好的用戶體驗等。因此，票務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)和運營需要考慮到這些問題，并持續(xù)改進(jìn)和升級。

項目簡介：大麥網(wǎng)是中國的領(lǐng)先在線票務(wù)平臺，提供多樣化的活動票務(wù)，如音樂會、戲劇和體育賽事等。主要功能包括活動搜索、在線購票、電子票務(wù)、實時座位選擇、退換票服務(wù)以及支付接口。其智能推薦系統(tǒng)可以根據(jù)用戶興趣推送相關(guān)活動，為用戶提供方便、快捷的一站式購票體驗。

【資料圖】

類似的產(chǎn)品有：貓眼娛樂、永樂票務(wù)、bookmyshow.com、ticketmaster.com

難度級別：困難

1、什么是在線電影票預(yù)訂系統(tǒng)

電影票預(yù)訂系統(tǒng)為其客戶提供在線購買影院座位的能力。電子票務(wù)系統(tǒng)允許客戶瀏覽當(dāng)前正在上映的電影，并在任何地方任何時候預(yù)訂座位。

2、系統(tǒng)的需求和目標(biāo)

我們的票務(wù)預(yù)訂服務(wù)應(yīng)滿足以下需求：

功能需求：

我們的票務(wù)預(yù)訂服務(wù)應(yīng)能列出其聯(lián)盟影院所在的不同城市。用戶選擇城市后，服務(wù)應(yīng)顯示該特定城市已經(jīng)上映的電影。用戶選擇電影后，服務(wù)應(yīng)顯示正在放映該電影的影院及其可用的放映時間。用戶應(yīng)能選擇在特定影院的一場放映并預(yù)訂他們的票。服務(wù)應(yīng)能向用戶展示影院大廳的座位布局。用戶應(yīng)能根據(jù)他們的喜好選擇多個座位。用戶應(yīng)能從已預(yù)訂的座位中區(qū)分出可用的座位。用戶應(yīng)能在付款以完成預(yù)訂之前，將座位保留五分鐘。如果有可能座位會變得可用，例如，當(dāng)其他用戶的保留到期時，用戶應(yīng)能等待。等待的客戶應(yīng)以公平的、先到先得的方式服務(wù)。

非功能性需求：

系統(tǒng)需要具有高度并發(fā)性。在任何特定時間點，都會有多個對同一座位的預(yù)訂請求。服務(wù)應(yīng)能優(yōu)雅且公平地處理這一情況。服務(wù)的核心是票務(wù)預(yù)訂，也就意味著涉及到財務(wù)交易。這意味著系統(tǒng)應(yīng)具有安全性，并且數(shù)據(jù)庫應(yīng)遵守ACID（原子性、一致性、隔離性、持久性）原則。3、一些設(shè)計考慮為了簡便，我們假設(shè)我們的服務(wù)不需要任何用戶認(rèn)證。系統(tǒng)將不處理部分票務(wù)訂單。用戶要么獲得他們想要的所有票，要么一張也得不到。 系統(tǒng)必須公平。為了阻止系統(tǒng)被濫用，我們可以限制用戶一次預(yù)訂不超過十個座位。我們可以假設(shè)在熱門/備受期待的電影上映時，流量會激增，座位會很快被預(yù)訂完。系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和高可用性，以應(yīng)對流量激增。4、容量估計

流量估計：我們假設(shè)我們的服務(wù)每月有30億次頁面瀏覽，每月售出1000萬張電影票。

存儲估計：假設(shè)我們有500個城市，平均每個城市有10家影院。如果每個影院有2000個座位，平均每天有兩場放映。

我們假設(shè)每個座位預(yù)訂需要50字節(jié)（ID、NumberOfSeats、ShowID、MovieID、SeatNumbers、SeatStatus、Timestamp 等）存儲在數(shù)據(jù)庫中。我們還需要存儲關(guān)于電影和影院的信息；我們假設(shè)它會需要50字節(jié)。所以，要存儲所有城市的所有影院的所有放映的所有數(shù)據(jù)一天：

500個城市 * 10家影院 * 2000個座位 * 2場放映 * (50+50) 字節(jié) = 2GB / 天

要存儲五年的這些數(shù)據(jù)，我們大約需要3.6TB。

5、系統(tǒng)API

我們可以有SOAP或REST API來公開我們服務(wù)的功能。以下可能是搜索電影放映和預(yù)訂座位的API的定義。

SearchMovies(api_dev_key, keyword, city, lat_long, radius, start_datetime, end_datetime, postal_code, includeSpellcheck, results_per_page, sorting_order)

參數(shù)：

api_dev_key (string)：注冊賬戶的API開發(fā)者密鑰。這將用于包括限制用戶基于其分配的配額等在內(nèi)的事情。keyword (string)：要搜索的關(guān)鍵詞。city (string)：用于篩選電影的城市。lat_long (string)：用于篩選的緯度和經(jīng)度。radius (number)：我們想要搜索活動的區(qū)域的半徑。start_datetime (string)：用開始日期時間篩選電影。end_datetime (string)：用結(jié)束日期時間篩選電影。postal_code (string)：用郵政編碼/郵編篩選電影。includeSpellcheck (Enum: "yes" or "no")：是否在響應(yīng)中包含拼寫檢查建議。results_per_page (number)：每頁返回的結(jié)果數(shù)。最大為30。sorting_order (string)：搜索結(jié)果的排序順序。一些可允許的值："name,asc"，"name,desc"，"date,asc"，"date,desc"，"distance,asc"，"name,date,asc"，"name,date,desc"，"date,name,asc"，"date,name,desc"。

返回：（JSON） 以下是電影及其放映的示例列表：

{    "MovieID": 1,    "ShowID": 1,    "Title": "Cars 2",    "Description": "About cars",    "Duration": 120,    "Genre": "Animation",    "Language": "English",    "ReleaseDate": "8th Oct. 2014",    "Country": USA,    "StartTime": "14:00",    "EndTime": "16:00",    "Seats":     [    {          "Type": "Regular"        "Price": 14.99        "Status: "Almost Full"    },    {          "Type": "Premium"        "Price": 24.99        "Status: "Available"    }    ]},{    "MovieID": 1,    "ShowID": 2,    "Title": "Cars 2",    "Description": "About cars",    "Duration": 120,    "Genre": "Animation",    "Language": "English",    "ReleaseDate": "8th Oct. 2014",    "Country": USA,    "StartTime": "16:30",    "EndTime": "18:30",    "Seats":     [        {          "Type": "Regular"        "Price": 14.99        "Status: "Full"    },        {          "Type": "Premium"        "Price": 24.99        "Status: "Almost Full"    }    ]}

ReserveSeats(api_dev_key, session_id, movie_id, show_id, seats_to_reserve[])

參數(shù)：

api_dev_key (string)：與上面相同session_id (string)：用戶的會話ID，用于跟蹤此預(yù)訂。一旦預(yù)訂時間到期，將使用此ID在服務(wù)器上刪除用戶的預(yù)訂。movie_id (string)：預(yù)訂的電影。show_id (string)：預(yù)訂的放映。seats_to_reserve (number)：包含要預(yù)訂的座位ID的數(shù)組。

返回：（JSON）

返回預(yù)訂的狀態(tài)，其中包括以下之一：

1) "預(yù)訂成功"2) "預(yù)訂失敗 - 放映已滿"，3) "預(yù)訂失敗 - 請重試，因為其他用戶正在保留預(yù)訂座位"。6、數(shù)據(jù)庫設(shè)計

以下是我們即將存儲的數(shù)據(jù)的一些觀察：

每個城市可以有多個影院。每個影院將有多個影廳。每部電影將有多場放映，每場放映將有多次預(yù)訂。一個用戶可以有多次預(yù)訂。7、頂層設(shè)計

在頂層面上，我們的web服務(wù)器將管理用戶的會話，應(yīng)用服務(wù)器將處理所有的票務(wù)管理，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以及與緩存服務(wù)器一起處理預(yù)訂。

8、組件設(shè)計

首先，我們試著建立服務(wù)，假設(shè)它是由一個單一的服務(wù)器提供的。

票務(wù)預(yù)訂流程：以下將是典型的票務(wù)預(yù)訂流程：

用戶搜索一部電影。用戶選擇一部電影。向用戶顯示該電影的可用場次。用戶選擇一場放映。用戶選擇要預(yù)訂的座位數(shù)量。如果需要的座位數(shù)可用，用戶將看到一個劇院的地圖以選擇座位。如果不是，用戶將進(jìn)入下面的“步驟8”。一旦用戶選擇了座位，系統(tǒng)將嘗試預(yù)訂這些選定的座位。如果無法預(yù)訂座位，我們有以下選項：放映已滿；向用戶顯示錯誤消息。用戶想預(yù)訂的座位已經(jīng)沒有了，但是還有其他座位可用，所以用戶被帶回到劇院地圖頁面以選擇不同的座位。沒有可預(yù)訂的座位，但所有座位都還沒有被預(yù)訂，因為有些座位被其他用戶在預(yù)訂池中保留并且還沒有預(yù)訂。用戶將被帶到一個等待頁面，在那里他們可以等待直到需要的座位從預(yù)訂池中釋放。這個等待可能會導(dǎo)致以下選項：如果需要的座位數(shù)變得可用，用戶將被帶到劇院地圖頁面，他們可以選擇座位。在等待過程中，如果所有座位都被預(yù)訂了，或者預(yù)訂池中的座位數(shù)少于用戶打算預(yù)訂的座位數(shù)，用戶將被顯示錯誤消息。用戶取消等待，返回到電影搜索頁面。最多，用戶可以等待一個小時，之后用戶的會話將過期，用戶將被帶回到電影搜索頁面。如果成功預(yù)訂了座位，用戶有五分鐘的時間支付預(yù)訂。付款后，預(yù)訂標(biāo)記為完成。如果用戶不能在五分鐘內(nèi)支付，他們所有的預(yù)訂座位都將被釋放，以供其他用戶使用。

服務(wù)器如何跟蹤所有尚未預(yù)訂的活動預(yù)訂？服務(wù)器又如何跟蹤所有等待的客戶？ 我們需要兩個守護(hù)服務(wù)，一個用來跟蹤所有活動的預(yù)訂并從系統(tǒng)中移除任何過期的預(yù)訂；我們稱之為ActiveReservationService。另一個服務(wù)將跟蹤所有等待的用戶請求，一旦需要的座位數(shù)變得可用，它將通知（等待時間最長的）用戶選擇座位；我們稱之為WaitingUserService。

A. ActiveReservationsService（活動預(yù)訂服務(wù)）

我們可以在內(nèi)存中保留一個與Linked HashMap或TreeMap相似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲一場“演出”的所有預(yù)訂，除了在數(shù)據(jù)庫中保留所有數(shù)據(jù)。我們需要一種Linked HashMap類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它允許我們在預(yù)訂完成時跳轉(zhuǎn)到任何預(yù)訂以移除它。此外，由于我們將有與每個預(yù)訂關(guān)聯(lián)的到期時間，HashMap的頭部將始終指向最舊的預(yù)訂記錄，以便在達(dá)到超時時過期預(yù)訂。

為了存儲每場演出的每個預(yù)訂，我們可以有一個HashTable，其中"key"是"ShowID"，"value"是包含"BookingID"和創(chuàng)建"Timestamp"的Linked HashMap。

在數(shù)據(jù)庫中，我們將在"Booking"表中存儲預(yù)訂，到期時間將在Timestamp列中。"Status"字段將有一個值為"Reserved (1)"的值，一旦預(yù)訂完成，系統(tǒng)將更新"Status"為"Booked (2)"并從相關(guān)演出的Linked HashMap中刪除預(yù)訂記錄。當(dāng)預(yù)訂過期時，我們可以從Booking表中移除它，或者將其標(biāo)記為"Expired (3)"，除此之外還要從內(nèi)存中移除。

ActiveReservationsService也將與外部金融服務(wù)一起處理用戶支付。每當(dāng)預(yù)訂完成或預(yù)訂過期時，WaitingUsersService都會收到一個信號，以便可以為任何等待的客戶提供服務(wù)。

B. WaitingUsersService（等待用戶服務(wù)）

就像ActiveReservationsService一樣，我們可以將一個演出的所有等待用戶存儲在Linked HashMap或TreeMap的內(nèi)存中。我們需要一個類似于Linked HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便我們可以在用戶取消請求時跳轉(zhuǎn)到任何用戶以從HashMap中移除他們。此外，由于我們是以先到先得的方式服務(wù)，Linked HashMap的頭部總是指向等待時間最長的用戶，因此每當(dāng)座位變得可用時，我們都可以以公平的方式為用戶提供服務(wù)。

我們將有一個HashTable用來存儲每個Show的所有等待用戶。"key"將是"ShowID"，"value"將是包含"UserIDs"和他們的等待開始時間的Linked HashMap。

客戶端可以使用Long Polling來保持自己的預(yù)訂狀態(tài)更新。每當(dāng)座位變得可用時，服務(wù)器可以使用這個請求來通知用戶。

預(yù)訂過期

在服務(wù)器上，ActiveReservationsService跟蹤活動預(yù)訂的過期時間（基于預(yù)訂時間）。由于客戶端將顯示一個計時器（用于過期時間），這可能與服務(wù)器稍微不同步，我們可以在服務(wù)器上添加五秒鐘的緩沖區(qū)以防止破碎的體驗，從而確保客戶端在服務(wù)器超時后永不超時，防止成功購買。

9、并發(fā)性

如何處理并發(fā)性，以便沒有兩個用戶能夠預(yù)訂同一座位。我們可以在SQL數(shù)據(jù)庫中使用事務(wù)來避免任何沖突。例如，如果我們使用的是SQL服務(wù)器，我們可以利用事務(wù)隔離級別來鎖定行，然后再更新它們。下面是樣本代碼：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;BEGIN TRANSACTION;    -- Suppose we intend to reserve three seats (IDs: 54, 55, 56) for ShowID=99     Select * From Show_Seat where ShowID=99 && ShowSeatID in (54, 55, 56) && Status=0 -- free     -- if the number of rows returned by the above statement is three, we can update to     -- return success otherwise return failure to the user.    update Show_Seat ...    update Booking ...COMMIT TRANSACTION;

"Serializable" 是最高的隔離級別，可以保證免受臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀的影響。這里要注意一點；在一個事務(wù)中，如果我們讀取了行，我們會在這些行上加寫鎖，以防止它們被任何其他人更新。

一旦上述數(shù)據(jù)庫事務(wù)成功，我們就可以開始在ActiveReservationService中跟蹤預(yù)訂情況。

10、容錯性

當(dāng)ActiveReservationsService或WaitingUsersService崩潰時會發(fā)生什么？ 每當(dāng)ActiveReservationsService崩潰時，我們可以從‘Booking’表中讀取所有的活動預(yù)訂。請記住，直到預(yù)訂完成，我們都將“Status”列保持為“Reserved (1)”。另一個選擇是擁有主-次配置，這樣，當(dāng)主服務(wù)崩潰時，次服務(wù)可以接管。我們沒有將等待的用戶存儲在數(shù)據(jù)庫中，所以，當(dāng)WaitingUsersService崩潰時，除非我們有主次設(shè)置，否則我們沒有任何方式恢復(fù)那些數(shù)據(jù)。

同樣，我們會為數(shù)據(jù)庫設(shè)置主次配置，以使其具有容錯性。

11、數(shù)據(jù)分區(qū)

數(shù)據(jù)庫分區(qū)：如果我們按‘MovieID’進(jìn)行分區(qū)，那么一部電影的所有場次都會在同一個服務(wù)器上。對于熱門電影來說，這可能會給那臺服務(wù)器帶來大量負(fù)載。更好的方法是根據(jù)ShowID進(jìn)行分區(qū)；這樣，負(fù)載就可以分散到不同的服務(wù)器上。

ActiveReservationService和WaitingUserService分區(qū)：我們的Web服務(wù)器將管理所有活動用戶的會話，并處理與用戶的所有通信。我們可以使用一致性哈希算法來根據(jù)‘ShowID’為ActiveReservationService和WaitingUserService分配應(yīng)用服務(wù)器。這樣，特定場次的所有預(yù)訂和等待用戶將由某一組服務(wù)器處理。假設(shè)為了負(fù)載平衡，我們的"一致性哈希"為任何場次分配了三個服務(wù)器，那么每當(dāng)一個預(yù)訂過期時，持有該預(yù)訂的服務(wù)器將執(zhí)行以下操作：

更新數(shù)據(jù)庫以移除預(yù)訂（或標(biāo)記為過期）并更新‘Show_Seats’表中座位的狀態(tài)。從Linked HashMap中移除預(yù)訂。通知用戶他們的預(yù)訂已過期。向所有持有該場次等待用戶的WaitingUserService服務(wù)器廣播消息，以找出等待時間最長的用戶。一致性哈希方案將告訴我們哪些服務(wù)器持有這些用戶。如果所需的座位已經(jīng)變?yōu)榭捎茫拖虺钟凶铋L等待用戶的WaitingUserService服務(wù)器發(fā)送消息以處理他們的請求。

每當(dāng)一個預(yù)訂成功時，將發(fā)生以下事情：

持有該預(yù)訂的服務(wù)器向所有持有該場次等待用戶的服務(wù)器發(fā)送消息，以便這些服務(wù)器可以使所有需要的座位數(shù)多于可用座位數(shù)的等待用戶過期。收到上述消息后，所有持有等待用戶的服務(wù)器將查詢數(shù)據(jù)庫，以查找現(xiàn)在有多少個空閑座位。此處的數(shù)據(jù)庫緩存將大大有助于只運行一次這個查詢。使所有希望預(yù)訂的座位數(shù)多于可用座位數(shù)的等待用戶過期。為此，WaitingUserService必須遍歷所有等待用戶的Linked HashMap。

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