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03 | 复杂而又重要的购物车系统，应该如何设计？
你好，我是李玥。
今天这节课我们来说一下购物车系统的存储该如何设计。
首先，我们来看购物车系统的主要功能是什么。就是在用户选购商品时，下单之前，暂存用户想要购买的商品。购物车对数据可靠性要求不高，性能也没有特别的要求，在整个电商系统中，看起来是相对比较容易设计和实现的一个子系统。
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”）、购物车列表页、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？很简单，只要一个“购物车”实体就够了。它的主要属性有什么？你打开京东的购物车页面，对着抄就设计出来了：SKUID（商品ID）、数量、加购时间和勾选状态。
这个“勾选状态”属性，就是在购物车界面中，每件商品前面的那个小对号，表示在结算下单时，是不是要包含这件商品。至于商品价格和总价、商品介绍等等这些信息，都可以实时从其他系统中获取，不需要购物车系统来保存。
购物车的功能虽然很简单，但是在设计购物车系统的存储时，仍然有一些特殊的问题需要考虑。
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。
如果你没有设计或者开发过购物车系统，你可能并不会想到购物车还有这么多弯弯绕。但是，作为一个开发者，如果你不仔细把这些问题考虑清楚，用户在使用购物车的时候，就会感觉你的购物车系统不好用，不是加购的商品莫名其妙地丢了，就是购物车莫名其妙地多出来一些商品。
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。
实际上，购物车系统需要保存两类购物车，一类是未登录情况下的“暂存购物车”，一类是登录后的“用户购物车”。
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：
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。
小结
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。
思考题
课后请你思考一下，既然用户的购物车数据存放在MySQL或者是Redis中各有优劣势。那能不能把购物车数据存在MySQL中，并且用Redis来做缓存呢？这样不就可以兼顾两者的优势了么？这样做是不是可行？如果可行，如何来保证Redis中的数据和MySQL中的数据是一样的呢？
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