基于SpringBoot+Bootstrap+MySQL的高并发选课系统

一、项目简介

本项目主要解决在高校选课场景下，保证选课系统在大量读写压力下不宕机，以及选课时尽可能提高选课QPS，给学生一个良好的选课体验，完成上述功能同时保证选课安全

二、运行效果图

其他效果图请到image文件夹中查看。

三、技术选型

前端：Bootstrap、JQuery、Thymeleaf
后端：SpringBoot、Shiro、JPA、Caffeine
中间件 ：Redis、RabbitMQ、Druid
数据库 ：MySQL

四、优化思路

4.1 页面查看

解决思路：从Redis缓存中查看数据，减少数据库访问

从数据可见性角度来讲，分为对所有人可见的公有信息，和只有自己可见的私有信息

4.1.1 公有信息

不变动

必修课课程表中的数据是不变动，一般展现的是该专业学生本学期所必选的的课程信息，这类信息不发生变动，缓存到Redis中，缓存时间为一天。

变动

必修课课程一般对应好几个授课计划，以高数来讲，这个课可能会对应好几个授课教师以及好几个时段的授课计划，但这类必修课授课计划学校一般会为学生预选，只有少部分学生因不满意授课时段或授课老师会去退课并重新选课，所以这类数据变动频率小，Redis缓存一分钟
选修课授课计划一般是一个课程对应一个授课计划，因为是选修课，所以学校不为学生预选，需要学生自己选，所以这块并发压力大，数据变化频繁，Redis缓存一分钟

缺点

学生看到的课程余量存在延迟，可能已经选完了，但列表上还显示有课，因此会在学生第一次进入选课页面提醒学生数据有延迟。

特有优化

数据库在加载授课计划信息时，只会加载有余量的课程。

4.1.2 私有信息

不变动

考试查询和成绩查询，这类数据不会发生变动，学生看个几次就不会再看了，Redis缓存30分钟。

变动

选课结果，在选课初期学生可能频繁查看选课结果，Redis缓存30分钟。

特有优化

选课结果按时间降序排序，优先展示最新选的课程。

4.2 登陆

学生可能多次登陆系统，第一次登陆时将学生信息加载进Redis，减少后续登陆时对数据库的访问。

通过单例模式构建全局唯一类，根据sessionID保存学生学号，供后续使用。

4.3 选课

此功能为整个系统的重点优化之处 ，主要分为两大步骤，选课安全验证和执行选课操作。

4.3.1 选课安全验证

IP限流，每分钟可以访问三次，与学号绑定，通过Redis实现： java Integer sno = StudentIDUtils.getStudentIDFromMap(); Integer count = (Integer) redisService.get("ip-", String.valueOf(sno)); if (count == null) { //一分钟内可以访问三次 redisService.set("ip-", String.valueOf(sno), 1, 1, TimeUnit.MINUTES); }else if (count < 3){ redisService.incr("ip-"+sno, 1); }else { throw new GlobalException(CodeMsg.COUNT_OVER); }
判断是否存在该课程，从Redis中查看
判断是否在规定选课时限范围内，从Redis中查看
若满足上述步骤，根据课程号生成其md5值，暴露秒杀地址
执行选课操作时验证秒杀地址是否正确

4.3.2 执行选课操作

通过本地标记判断是否有余量，若有，执行后续
判断是否重选，通过查看Redis是否有对应缓存来实现
判断上课时间是否冲突，构造冲突判断算法，遍历Redis中已选课程进行验证
库存预减，当库存为0时，将该授课计划添加到本地缓存中，本地缓存通过Caffeine构建 java Long num = redisService.hdecr("forPlanCount", String.valueOf(pno), 1); if(num < 0){ //没余量，写入本地缓存中 caffeineCache.put(pno, true); throw new GlobalException(CodeMsg.PlAN_OVER); }
选课请求压入MQ，异步执行，流量削峰，消费端消费选课信息，将结果写入数据库，结果写入数据库这一步采用事务机制，先插入结果，后减余量，减少事务期间锁持有时间，优化数据库读写性能
返回执行成功标识，但结果需要到选课查询页面确认

4.3.3 预加载

java @Service public class ChooseServiceImpl implements ChooseService, InitializingBean { @Override public void afterPropertiesSet() throws Exception { //预加载相关操作 } }

通过上述代码所示，Spring在生成Bean初期，会将选课所需要的相关数据加载到Redis中。

4.3.4 超选

java //选课 @Modifying @Query("update PlanEntity p set p.num = p.num-1 where p.pno =?1 and p.num > 0") Integer reduceNumByPno(Integer pno);

4.4 退课

到Redis中查看是否存在该条选课记录
删除该条选课记录，对应授课计划余量加一（事务，减少锁持有时间）
修改Redis中对应数据，余量加一，删除掉该条选课记录
返回退课成功标识

4.5 其他优化点

安全相关 ：存储在数据库中的密码和选课链接都经过了MD5加密，对应MD5值的生成经过了两次加盐
数据库操作 ：引入Druid数据库连接池，提升对数据库的操作性能

五、压力测试

测试内容 ：选课QPS
测试技术 ：Jmeter
测试环境 ：MacBook Pro2018，JDK1.8,Jmeter 5.3
测试计划 ：理想状态下（余量充足，不存在重复选课，上课时间不冲突等），同时执行5000个线程（模仿5000个同学），选同一节课，看选课执行情况
测试方案 ：
利用mysql存储过程生成5000个学生学号，并将数据导出为cvs格式，供Jmeter使用

```mysql delimiter // create procedure createSno () begin declare i int; set i = 1; while i <= 5000 do insert into testData values(i); set i = i + 1; end while; end // delimiter ;

call createSno(); ```