兑换码编码方案实践

兑换码编码设计

需求简介

当前各个业务系统，只要涉及到产品销售，就离不开大大小小的运营活动需求，其中最普遍的就是兑换码需求，无论是线下活动或者是线上活动，都能起到良好的宣传效果。

兑换码：由一系列字符组成，每一个兑换码对应系统中的一组信息，可以是优惠信息（优惠券），也可以是相关奖品信息。

在实际的运营活动中，要求兑换码是唯一的，每一个兑换码对应一个优惠信息，而且需求量往往比较大（实际上的需求只有预期的十分之一），兑换码信息尽可能的简洁，并且能对这些兑换码信息进行管理（查看兑换码，失效兑换码，统计兑换码的使用情况）

兑换码特点

通过上述分析，能够发现兑换码有以下几个特点：
- 兑换码具有唯一性
- 兑换码尽可能简洁
- 兑换码的量级大

并且由于营运活动的特殊性，要求兑换码能够提前生成，这样可以尽可能的为活动进行预热（-_-!!!）,兑换码需要具有唯一性，那么每一个兑换码必须是不同的；并且要求简洁，那么兑换码的长度不能太长；量级大，且之前也提到兑换码属于广撒网的策略，所以利用率低，也就不适合使用数据库进行存储（占空间，有效的数据有少）

那么就需要设计一种有效的兑换码生成策略，支持预先生成，支持校验，内容简洁，生成的兑换码都具有唯一性，那么这种策略就是一种特殊的编解码策略，按照约定的编解码规则支撑上述需求。

设计思路

既然是一种编解码规则，那么需要约定编码空间，编码空间由字符a-z,A-Z,数字0-9组成，为了增强兑换码的可识别度，剔除大写字母O以及I,可用字符如下所示，共60个字符：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXZY0123456789 

之前说过，兑换码要求近可能简洁，那么设计是酒需要考虑兑换码的字符数，假设上线为12位，而字符空间有60位，那么可以表示的空间范围为60^12=130606940160000000000000，转换成2进制：1001000100000000101110011001101101110011000000000000000000000(61位)

• 兑换码组成成分分析

兑换码可以预先生成，并且不需要额外的存储空间保存这些信息，每个兑换码对应一种优惠方案，每个兑换码有自己的编号，防止重复，为了保证兑换码的有效性，对兑换码的数据需要进行校验，当前兑换码的数据组成如下所示：

优惠方案id + 兑换码序列号 + 校验码

各个组成成分的编码设计

*  兑换码序列号i，代表当前兑换码是当前活动中第i个兑换码，兑换码序列号的空间范围决定了优惠活动可以发行的兑换码数目，当前采用30位bit位表示，可表示范围：1073741824（10亿优惠券）*  优惠方案id,代表当前优惠方案的id号，优惠方案的空间范围决定了可以组织的优惠活动次数，当前采用15位表示，可以表示范围：32768（考虑到运营活动的频率，以及id的初始值10000，15位足够，365天每天有运营活动，可以使用54年）*  校验位，校验兑换码是否有效，主要为了快捷的校验兑换码信息的是否正确，其次可以起到填充数据的目的，增强数据的散列性，使用13位表示校验位,其中分为两部分，前6位和后7位

兑换码编号生成算法

* 生成算法 

public static long enRedeemNum(long couponSchemeId, long redeemSerialNum) {    redeemSerialNum = redeemSerialNum << REDEEM_SERIAL_NUM_LS;    long r = couponSchemeId | redeemSerialNum;    long n = numOfOne(r);    long re = r % DIVISOR;    r = (r << NUMBER_OF_ONE_LS) | n;    r = (r << REMAINDER_LS) | re;    return r;}

编码算法

public static long [] deRedeemNum(long redeemNum) {    long couponSchemeId = redeemNum & COUPON_SCHEME_ID_MASK;    long redeemSerialNum = redeemNum & REDEEM_SERIAL_NUM_MASK;    couponSchemeId = couponSchemeId >> COUPON_SCHEME_ID_RS;    redeemSerialNum = redeemSerialNum >> REDEEM_SERIAL_NUM_RS;    return new long[] { couponSchemeId, redeemSerialNum };}

校验算法

public static boolean checkVaild(long redeemNum) {    if (redeemNum > 0) {        long checkSum = redeemNum & REMAINDER_MASK;        long n = (redeemNum & NUMBER_OF_ONE_MASK) >> NUMBER_OF_ONE_RS;        long r = (redeemNum & SUM_MASK) >> SUM_RS;        if (numOfOne(r) == n) {            if (r % DIVISOR == checkSum) {                return Boolean.TRUE;            }        }    }    return Boolean.FALSE;}

兑换码编码到兑换码映射方式

当前可以生成唯一的兑换码编码信息，需要将此信息映射到对应的字符空间中，并且字符空间是可自定义的，当前采用的进制换算的方式，将兑换码编码信息换算成指定进制的数，对于进制的每一位进行编码例如：

十进制转换成二进制    17    17/2 = 8 ... 1    8/2  = 4 ... 0    4/2  = 2 ... 0    2/2  = 1 ... 0    1/2  = 0 ... 1十进制转换成n进制类似    ....

在得到的相应进制表示后，在将进制中的没一位映射到字符空间中（n表示字符空间的大小）
这个映射关系是可以自定义的

private static final char[] r = new char[] {'q', 'w', 'e', '8', 'a', 's', '2', 'd', 'z', 'x', '9', 'c', '7', 'p',            '5', 'i', 'k', '3', 'm', 'j', 'u', 'f', 'r', '4', 'v', 'y', 'l', 't', 'n', '6', 'b', 'g', 'h'};

(字母大小写，数字混排)

n进制换算以及映射算法

public static String enRedeemCode(long redeemNum) {    char[] buf = new char[32];    int charPos = 32;    while ((redeemNum / l) > 0) {        int ind = (int) (redeemNum % l);        buf[--charPos] = r[ind];        redeemNum /= l;    }    buf[--charPos] = r[(int) (redeemNum % l)];    String str = new String(buf, charPos, (32 - charPos));    return str;}

兑换码解码

public static long deRedeemCode(String redeemCode) {    char chs[] = redeemCode.toCharArray();    long res = 0L;    for (int i = 0; i < chs.length; i++) {        int ind = -1;        for (int j = 0; j < l; j++) {            if (chs[i] == r[j]) {                ind = j;                break;            }        }        if (ind == -1) {            return -1;        }        if (i > 0) {        res = res * l + ind;        } else {            res = ind;        }    }    return res;}

• 计算速度
  
  • 生成10万个 花费59ms
  • 生成百万个，花费530ms
  • 生成一千万 花费12535ms

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