【场景题】如何设计一个购物车功能？

本文参考文章：https://www.hollischuang.com/archives/6998
https://www.woshipm.com/pd/4115447.html
https://zq99299.github.io/note-book/back-end-storage/01/03.html

首先我们要明白：购物车系统在电商系统中的角色是作为用户选购商品和最终下单的桥梁，它主要的功能是暂存用户的购买意向，包括商品信息、数量等。

注意：购物车系统对数据可靠性的要求不是特别高，但它对于用户体验和系统的性能还是有一定要求的。

购物车系统的功能，主要的就三个：

把商品加入购物车（后文称「加购」）
购物车列表
发起结算下单，再加上一个在所有界面都要显示的购物车小图标。

支撑购物车的这几个功能，对应的存储模型应该怎么设计？：

商品加入购物车：一般，我们在存储的时候，并不需要把商品的所有信息都保存下来，只需要保存一个SKUID就行了，然后再加上数量、时间等字段即可。

{
 "SKUID": "10086",
 "quantity": 2,
 "timestamp": 1666513990
}

购物车列表：在渲染购物车列表时，可以根据SKUID实时从其他系统中获取商品价格、总价、商品介绍等信息，不需要购物车系统来保存。
发起结算下单：在用户发起结算下单时，可以根据购物车中的SKUID和数量等信息，生成订单并传递给订单系统进行处理。

综上所述，购物车系统的存储模型可以设计得相对简单，主要存储SKUID、数量和时间等基本信息，至于商品价格和总价、商品介绍等等可以通过实时查询获取。这样可以降低购物车系统的存储和计算压力，提高系统性能和用户体验。

设计购物车存储时需要把握什么原则？

比如下面这几个问题：

用户没登录，在浏览器中加购，关闭浏览器再打开，刚才加购的商品还在不在？
用户没登录，在浏览器中加购，然后登录，刚才加购的商品还在不在？
关闭浏览器再打开，上一步加购的商品在不在？
再打开手机，用相同的用户登录，第二步加购的商品还在不在呢？

上面这几个问题是不是有点儿绕？没关系，我们先简单解释一下这四个问题：

如果用户没登录，加购的商品也会被保存在用户的电脑里，这样即使关闭浏览器再打开，购物车的商品仍然存在。
如果用户先加购，再登录，登录前加购的商品就会被自动合并到用户名下，所以登录后购物车中仍然有登录前加购的商品。
关闭浏览器再打开，这时又变为未登录状态，但是之前未登录时加购的商品已经被合并到刚刚登录的用户名下了，所以购物车是空的。
使用手机登录相同的用户，看到的就是该用户的购物车，这时无论你在手机 App、电脑还是微信中登录，只要是相同的用户，看到是同一个购物车，所以第二步加购的商品是存在的。

所以，上面这四个问题的答案依次是：存在、存在、不存在、存在。

要解决上面这些问题，其实只要在存储设计时，把握这几个原则就可以了：

如果未登录，需要临时暂存购物车的商品；
用户登录时，把暂存购物车的商品合并到用户购物车中，并且清除暂存购物车；
用户登陆后，购物车中的商品，需要在浏览器、手机 APP 和微信等等这些终端中都保持同步。

如何设计「暂存购物车」的存储？

我们先来看下暂存购物车的存储该怎么实现。暂存购物车应该存在客户端还是存在服务端？

如果保存在服务端，那每个暂存购物车都需要有一个全局唯一的标识，这个标识并不太容易设计，并且，存在服务端还要浪费服务端的资源。所以，肯定是保存在客户端好，既可以节约服务器的存储资源，也没有购物车标识的问题，因为每个客户端就保存它自己唯一一个购物车就可以了，不需要标识。

客户端的存储可以选择的不太多：Session、Cookie 和 LocalStorage，其中浏览器的 LocalStorage 和 App 的本地存储是类似的，我们都以 LocalStorage 来代表。

存在哪儿最合适？SESSION 是不太合适的，原因是，SESSION 的保留时间短，而且 SESSION 的数据实际上还是保存在服务端的。剩余的两种存储，Cookie 和 LocalStorage 都可以用来保存购物车数据，选择哪种方式更好呢？各有优劣。

在我们这个场景中，使用 Cookie 和 LocalStorage 最关键的区别是，客户端和服务端的每次交互，都会自动带着 Cookie 数据往返，这样服务端可以读写客户端 Cookie 中的数据，而 LocalStorage 里的数据，只能由客户端来访问。

使用 Cookie 存储
实现起来比较简单，加减购物车、合并购物车的过程中，由于服务端可以读写 Cookie，这样全部逻辑都可以在服务端实现，并且客户端和服务端请求的次数也相对少一些。
使用 LocalStorage 存储
实现相对就复杂一点儿，客户端和服务端都要实现一些业务逻辑，但 LocalStorage 的好处是，它的存储容量比 Cookie 的 4KB 上限要大得多，而且不用像 Cookie 那样，无论用不用，每次请求都要带着，可以节省带宽。

所以，选择 Cookie 或者是 LocalStorage 来存储暂存购物车都是没问题的，你可以根据它俩各自的优劣势来选择。比如你设计的是个小型电商，那用 Cookie 存储实现起来更简单。再比如，你的电商是面那种批发的行业用户，用户需要加购大量的商品，那 Cookie 可能容量不够用，选择 LocalStorage 就更合适。

不管选择哪种存储，暂存购物车保存的数据格式都是一样的，参照我们实体模型来设计就可以，我们可以直接用 JSON 表示：

{
    "cart": [
        {
            "SKUID": 8888,
            "timestamp": 1578721136,
            "count": 1,
            "selected": true
        },
        {
            "SKUID": 6666,
            "timestamp": 1578721138,
            "count": 2,
            "selected": false
        }
    ]
}

如何设计「用户购物车」的存储？

接下来，我们再来看下用户购物车的存储该怎么实现。因为用户购物车必须要保证多端的数据同步，所以数据必须保存在服务端。常规的思路是，设计一张购物车表，把数据存在 MySQL 中。这个表的结构同样可以参照刚刚讲的实体模型来设计：
在这里插入图片描述注意，需要在 user_id 上建一个索引，因为查询购物车表时，都是以 user_id 作为查询条件来查询的。

你也可以选择更快的 Redis 来保存购物车数据，以用户 ID 作为 Key，用一个 Redis 的 HASH 作为 Value 来保存购物车中的商品。比如：

{
    "KEY": 6666,
    "VALUE": [
        {
            "FIELD": 8888,
            "FIELD_VALUE": {
                "timestamp": 1578721136,
                "count": 1,
                "selected": true
            }
        },
        {
            "FIELD": 6666,
            "FIELD_VALUE": {
                "timestamp": 1578721138,
                "count": 2,
                "selected": false
            }
        }
    ]
}

这里为了便于你理解，我们用 JSON 来表示 Redis 中 HASH 的数据结构，其中 KEY 中的值 6666 是一个用户 ID，FIELD 里存放的是商品 ID，FIELD_VALUE 是一个 JSON 字符串，保存加购时间、商品数量和勾选状态。

大家都知道，从读写性能上来说，Redis 是比 MySQL 快非常多的，那是不是用 Redis 就一定比用 MySQL 更好呢？我们来比较一下使用 MySQL 和 Redis 两种存储的优劣势：

显然使用 Redis 性能要比 MySQL 高出至少一个量级，响应时间更短，可以支撑更多的并发请求，「天下武功，唯快不破」，这一点 Redis 完胜。
MySQL 的数据可靠性是要好于 Redis 的，因为 Redis 是异步刷盘，如果出现服务器掉电等异常情况，Redis 是有可能会丢数据的。但考虑到购物车里的数据，对可靠性要求也没那么苛刻，丢少量数据的后果也就是，个别用户的购物车少了几件商品，问题也不大。所以，在购物车这个场景下，Redis 的数据可靠性不高这个缺点，并不是不能接受的。
MySQL 的另一个优势是，它支持丰富的查询方式和事务机制，这两个特性，对我们今天讨论的这几个购物车核心功能没什么用。但是，每一个电商系统都有它个性化的需求，如果需要以其他方式访问购物车的数据，比如说，统计一下今天加购的商品总数，这个时候，使用 MySQL 存储数据，就很容易实现，而使用 Redis 存储，查询起来就非常麻烦而且低效。

综合比较下来，考虑到需求总是不断变化，还是更推荐你使用 MySQL 来存储购物车数据。如果追求性能或者高并发，也可以选择使用 Redis。

你可以感受到，我们设计存储架构的过程就是一个不断做选择题的过程。很多情况下，可供选择的方案不止一套，选择的时候需要考虑实现复杂度、性能、系统可用性、数据可靠性、可扩展性等等非常多的条件。需要强调的是，这些条件每一个都不是绝对不可以牺牲的，不要让一些「所谓的常识」禁锢了你的思维。

比如，一般我们都认为数据是绝对不可以丢的，也就是说不能牺牲数据可靠性。但是，像刚刚讲到的用户购物车的存储，使用 Redis 替代 MySQL，就是牺牲了数据可靠性换取高性能。我们仔细分析后得出，很低概率的情况下丢失少量数据，是可以接受的。性能提升带来的收益远大于丢失少量数据而付出的代价，这个选择就是划算的。

如果说不考虑需求变化这个因素，牺牲一点点数据可靠性，换取大幅性能提升，选择 Redis 才是最优解。

总结

今天我们讲了购物车系统的存储该如何设计。

购物车系统的主要功能包括：加购、购物车列表页和结算下单。核心的实体就只有一个「购物车」实体，它至少要包括：SKUID、数量、加购时间和勾选状态这几个属性。

在给购物车设计存储时，为了确保购物车内的数据在多端保持一致，以及用户登录前后购物车内商品能无缝衔接，除了每个用户的「用户购物车」之外还要实现一个「暂存购物车」保存用户未登录时加购的商品，并在用户登录后自动合并「暂存购物车」和「用户购物车」。

暂存购物车存储在客户端浏览器或者 App 中，可以选择存放到 Cookie 或者 LocalStorage 中。用户购物车保存在服务端，可以选择使用 Redis 或者是 MySQL 存储，使用 Redis 存储会有更高的性能，可以支撑更多的并发请求，使用 MySQL 是更常规通用的方式，便于应对变化，系统的扩展性更好。