设计高并发支付系统的扣款与退款流程

题目

设计高并发支付系统的扣款与退款流程

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

分布式事务, 幂等性设计, 消息队列应用, 数据库分片, 系统容错

快速回答

核心设计要点：

• 采用TCC分布式事务模型处理跨服务操作
• 通过唯一ID+状态机实现幂等控制
• 消息队列解耦核心流程并保证最终一致性
• 用户账户数据按UID分片存储
• 设计熔断降级和异步对账机制

1. 系统架构设计

核心组件：

• 支付网关：处理外部请求
• 账户服务：管理用户余额
• 交易服务：处理订单逻辑
• 消息队列（Kafka/RocketMQ）
• 分库分表MySQL集群

2. 关键设计原理

2.1 分布式事务（TCC模式）

扣款流程：

1. Try阶段：冻结账户余额

   UPDATE accounts SET frozen_balance = frozen_balance + 100
   WHERE user_id = 123 AND balance - frozen_balance >= 100

2. Confirm阶段：实际扣减余额

   UPDATE accounts SET balance = balance - 100, frozen_balance = frozen_balance - 100
   WHERE user_id = 123

3. Cancel阶段：解冻余额（超时或失败时触发）

2.2 幂等性设计

实现方案：

• 全局唯一ID（雪花算法）作为交易流水号
• 数据库去重表：

  CREATE TABLE idempotent_keys (
    idempotent_key VARCHAR(64) PRIMARY KEY,
    created_at TIMESTAMP
  )

• 状态机校验：

  // 退款请求处理伪代码
  function refund(idempotentKey, orderId) {
    if (db.exists(idempotentKey)) return DUPLICATE;
    
    Order order = orderService.get(orderId);
    if (order.status != 'SUCCESS') throw InvalidStatusException();
    
    startTransaction();
    insertIdempotentKey(idempotentKey); // 插入去重表
    updateOrderStatus(orderId, 'REFUNDING');
    commitTransaction();
  }

2.3 消息队列应用

退款流程异步化：

1. 交易服务生成退款记录（状态为处理中）
2. 发送延迟消息到MQ：

   Message msg = new MessageBuilder()
     .setTopic("REFUND_PROCESS")
     .setDelayLevel(3) // 30分钟延迟
     .setBody(refundRequest)
     .build();

3. 账户服务消费消息执行退款
4. 未收到ACK则重试（最多3次）

2.4 数据库分片策略

用户账户分片：

• 分片键：user_id
• 分片算法：user_id % 1024（一致性哈希）
• 冷热分离：3个月前的交易转入历史库

3. 容错与最佳实践

• 熔断降级：Hystrix/Sentinel保护核心服务，失败率>10%时熔断
• 对账机制：每日定时任务比对支付系统和银行流水
• 重试策略：指数退避重试（1s, 2s, 4s...）
• 限流：Redis令牌桶控制每秒请求量

4. 常见错误

• ❌ 未做幂等控制导致重复退款
• ❌ 同步调用第三方支付导致线程阻塞
• ❌ 分片键选择不当引发数据热点
• ❌ 忽略事务隔离级别造成超扣（使用SELECT FOR UPDATE）

5. 扩展知识

• 资金安全：采用双记账体系（借贷平衡）
• 数据一致性：Saga模式替代TCC的适用场景
• 性能优化：本地缓存账户基础信息
• 监控：Prometheus监控TP99延迟，ELK收集异常日志