兌換碼編碼設計

需求簡介

當前各個業務系統，只要涉及到產品銷售，就離不開大大小小的運營活動需求，其中最普遍的就是兌換碼需求，無論是線下活動或者是線上活動，都能起到良好的宣傳效果。

兌換碼：由一系列字元組成，每一個兌換碼對應系統中的一組資訊，可以是優惠資訊（優惠券），也可以是相關獎品資訊。

在實際的運營活動中，要求兌換碼是唯一的，每一個兌換碼對應一個優惠資訊，而且需求量往往比較大（實際上的需求只有預期的十分之一），兌換碼資訊儘可能的簡潔，並且能對這些兌換碼資訊進行管理（檢視兌換碼，失效兌換碼，統計兌換碼的使用情況）

兌換碼特點

通過上述分析，能夠發現兌換碼有以下幾個特點：
- 兌換碼具有唯一性
- 兌換碼儘可能簡潔
- 兌換碼的量級大

並且由於營運活動的特殊性，要求兌換碼能夠提前生成，這樣可以儘可能的為活動進行預熱（-_-!!!）,兌換碼需要具有唯一性，那麼每一個兌換碼必須是不同的；並且要求簡潔，那麼兌換碼的長度不能太長；量級大，且之前也提到兌換碼屬於廣撒網的策略，所以利用率低，也就不適合使用資料庫進行儲存（佔空間，有效的資料有少）

那麼就需要設計一種有效的兌換碼生成策略，支援預先生成，支援校驗，內容簡潔，生成的兌換碼都具有唯一性，那麼這種策略就是一種特殊的編解碼策略，按照約定的編解碼規則支撐上述需求。

設計思路

既然是一種編解碼規則，那麼需要約定編碼空間，編碼空間由字元a-z,A-Z,數字0-9組成，為了增強兌換碼的可識別度，剔除大寫字母O以及I,可用字元如下所示，共60個字元：

abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXZY0123456789 

之前說過，兌換碼要求近可能簡潔，那麼設計是酒需要考慮兌換碼的字元數，假設上線為12位，而字元空間有60位，那麼可以表示的空間範圍為60^12=130606940160000000000000，轉換成2進位制：1001000100000000101110011001101101110011000000000000000000000(61位)

• 兌換碼組成成分分析

兌換碼可以預先生成，並且不需要額外的儲存空間儲存這些資訊，每個兌換碼對應一種優惠方案，每個兌換碼有自己的編號，防止重複，為了保證兌換碼的有效性，對兌換碼的資料需要進行校驗，當前兌換碼的資料組成如下所示：

優惠方案id
 
 + 兌換碼序列號 + 校驗碼

各個組成成分的編碼設計

*  兌換碼序列號i，代表當前兌換碼是當前活動中第i個兌換碼，兌換碼序列號的空間範圍決定了優惠活動可以發行的兌換碼數目，當前採用30位bit位表示，可表示範圍：1073741824（10億優惠券）
*  優惠方案id,代表當前優惠方案的id號，優惠方案的空間範圍決定了可以組織的優惠活動次數，當前採用15位表示，可以表示範圍：32768（考慮到運營活動的頻率，以及id的初始值10000，15位足夠，365天每天有運營活動，可以使用54年）
*  校驗位，校驗兌換碼是否有效，主要為了快捷的校驗兌換碼資訊的是否正確，其次可以起到填充資料的目的，增強資料的雜湊性，使用13位表示校驗位,其中分為兩部分，前6位和後7位

兌換碼編號生成演算法

* 生成演算法 

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;
}

編碼演算法

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 };
}

校驗演算法

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;
}

兌換碼編碼到兌換碼對映方式

當前可以生成唯一的兌換碼編碼資訊，需要將此資訊對映到對應的字元空間中，並且字元空間是可自定義的，當前採用的進位制換算的方式，將兌換碼編碼資訊換算成指定進位制的數，對於進位制的每一位進行編碼例如：

十進位制轉換成二進位制
    17
    17/2 = 8 ... 1
    8/2  = 4 ... 0
    4/2  = 2 ... 0
    2/2  = 1 ... 0
    1/2  = 0 ... 1
十進位制轉換成n進位制類似
    ....

在得到的相應進製表示後，在將進制中的沒一位對映到字元空間中（n表示字元空間的大小）
這個對映關係是可以自定義的

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'};

(字母大小寫，數字混排)

n進位制換算以及對映演算法

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;
}

兌換碼解碼

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;
}

• 計算速度
  
  • 生成10萬個 花費59ms
  • 生成百萬個，花費530ms
  • 生成一千萬 花費12535ms

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