CAST 是一个高性能、安全的投票系统，允许用户对特定用户名进行投票并查询当前票数。系统通过安全票据（ticket）机制确保投票操作的合法性和安全性。
- 票据生成：系统每2秒自动生成一个新的安全票据（ticket），每个票据在有效期内可以进行有限次数的投票操作
- 用户投票：支持为单个或多个用户同时投票，每次投票计数可配置
- 票数查询：随时查询指定用户的当前票数
- FastAPI + Strawberry GraphQL：提供高性能的GraphQL API接口
- Redis：用于票据和投票计数缓存
- PostgreSQL：持久化存储用户投票数据
- Kafka：消息队列，异步更新PG，确保投票操作的可靠性和扩展性
- Kubernetes：容器编排，支持系统水平扩展
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│ Client Request │
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Kubernetes 集群
│ │
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│ │ │ │ │ │ │ │
│Ticket Generator│◄──────────┤ Main Service │◄──────────┤ Client │
│ │ │──────────►│ (Multiple) │──────────►│ │ │
│ │ │ │ │ │
│ └────────┬───────┘ └───┬───┬────────┘ └────────────────┘ │
│ │ │
│ │ │ │ │
▼ │ │
│ ┌────────────────┐ │ │ │
│ │ │ │
│ │ Redis │◄──────────────┘ │ ┌────────────────┐ │
│ (Ticket & Vote)│ └───────────────────►│ │
│ │ │ │ Kafka │ │
└────────────────┘ │ (MQ) │
│ │ │ │
└───────┬────────┘
│ │ │
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│ ▼ │
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│ PostgreSQL │◄──────────────────────────────────────┤ Vote Consumer │
│ │ (Persistence) │ │ (Multiple) │ │
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│ └────────────────┘ └────────────────┘ │
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- 票据生成：Ticket Generator服务每2秒生成一个新的安全票据，并将其存储在Redis中
- API请求处理：Main Service提供GraphQL API接口，处理客户端的投票和查询请求
- 票据验证：收到投票请求时，Main Service从Redis验证票据的有效性，使用Lua脚本确保可用次数的一致性
- 安全投票：使用Lua脚本确保投票操作的原子性，防止并发问题
- 持久化存储：投票操作被发送到Kafka消息队列，Vote Consumer服务消费Kafka消息，并将投票结果持久化存储到PostgreSQL，会根据Vote的版本号来保证数据一致性
├── app/ # 主应用代码
│ ├── config/ # 配置文件
│ ├── database/ # 数据库相关代码
│ ├── models/ # 数据模型
│ ├── schema/ # GraphQL schema定义
│ │ ├── mutations.py # GraphQL mutations
│ │ ├── queries.py # GraphQL queries
│ │ └── types.py # GraphQL 类型定义
│ ├── services/ # 业务逻辑服务
│ │ ├── ticket_service.py # 票据服务
│ │ └── vote_service.py # 投票服务
│ └── workers/ # 后台工作进程
│ ├── ticket_generator.py# 票据生成服务
│ └── vote_consumer.py # 投票消费服务
├── client/ # 客户端代码（测试工具）
├── deployment/ # 部署相关文件
├── k8s/ # Kubernetes配置文件
├── Dockerfile # Docker构建文件
├── requirements.txt # Python依赖
└── build-and-deploy.sh # 构建和部署脚本
- 采用FastAPI+Strawberry GraphQL架构
- 提供GraphQL API接口，处理客户端的投票和查询请求
- 实现两个主要查询：
query: 查询指定用户的当前票数cas: 获取当前有效的票据信息
- 实现关键变更操作：
vote: 为一个或多个用户投票
- 集成票据服务和投票服务：
- 验证票据有效性，使用Lua脚本确保票据使用的原子性
- 执行投票操作，使用Lua脚本确保并发安全
- 将投票记录异步发送至Kafka消息队列
- 支持水平扩展，可部署多个实例提高并发处理能力
- 作为独立的微服务运行
- 每2秒生成一个新的安全票据
- 将生成的票据发布到Redis，供主服务验证
- 设计为单实例运行，保证全局唯一的票据生成
- 消费Kafka队列中的投票消息
- 将投票数据持久化到PostgreSQL数据库
- 实现乐观锁和版本控制，确保数据一致性
- 具有错误重试机制和死信队列处理(给定模板，暂未实现死信相关逻辑)
- 支持水平扩展，可部署多个实例提高处理能力
-
query(username: String!): Int!- 查询指定用户的当前票数
-
cas(): TicketInfo!- 获取当前有效的票据信息
vote(usernames: [String!]!, voteCount: [Int!]!, ticket: String!, voterUsername: String): VoteResult!- 为一个或多个用户投票
- 需要提供有效的票据
- 可选择性地记录投票人
./build-and-deploy.sh- 高并发支持：使用异步IO和高效的数据结构确保高并发场景下的系统性能
- 安全票据机制：通过基于HMAC的安全票据生成，防止投票作弊
- 水平扩展：服务组件可独立扩展，支持超大规模用户场景
- 消息队列：使用Kafka确保投票操作的可靠性和一致性
- 容器化部署：支持Kubernetes，便于CI/CD和云原生部署
❯ kubectl -n cast get all
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/kafka-0 1/1 Running 0 35s
pod/main-service-5455bfc967-6zfbw 1/1 Running 2 (25s ago) 35s
pod/main-service-5455bfc967-mjghc 1/1 Running 2 (26s ago) 35s
pod/postgres-0 1/1 Running 0 35s
pod/redis-0 1/1 Running 0 35s
pod/ticket-generator-87f5cdbf7-8fnvw 1/1 Running 0 35s
pod/vote-consumer-6f4b65b845-nv67r 1/1 Running 2 (30s ago) 35s
pod/vote-consumer-6f4b65b845-vngww 1/1 Running 2 (30s ago) 35s
pod/zookeeper-0 1/1 Running 0 35s
NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
service/kafka ClusterIP None <none> 9092/TCP 35s
service/main-service NodePort 10.97.245.208 <none> 80:30000/TCP 35s
service/postgres ClusterIP None <none> 5432/TCP 35s
service/redis ClusterIP 10.109.25.162 <none> 6379/TCP 35s
service/ticket-generator ClusterIP 10.101.194.35 <none> 8001/TCP 35s
service/zookeeper ClusterIP 10.102.148.18 <none> 2181/TCP 35s
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.apps/main-service 2/2 2 2 35s
deployment.apps/ticket-generator 1/1 1 1 35s
deployment.apps/vote-consumer 2/2 2 2 35s
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.apps/main-service-5455bfc967 2 2 2 35s
replicaset.apps/ticket-generator-87f5cdbf7 1 1 1 35s
replicaset.apps/vote-consumer-6f4b65b845 2 2 2 35s
NAME READY AGE
statefulset.apps/kafka 1/1 35s
statefulset.apps/postgres 1/1 35s
statefulset.apps/redis 1/1 35s
statefulset.apps/zookeeper 1/1 35s默认可使用测试地址http://localhost:30000/graphql。使用client目录下的测试工具，结果如下：
vote_client.py
❯ python vote_client.py
===== Little Vote Client Demo =====
🎟️ Getting a ticket...
Ticket: b7cfc783f97fbecba0585beec51a5d0d3751865f95b7ca94f66b733bae069232
Valid until: 2025-03-07T09:03:43
Remaining usage: 0
🗳️ Voting for users: alice, bob, charlie
With vote counts: [1, 2, 3]
Vote success: True
Message: Votes recorded successfully
• alice: 1 votes
• bob: 2 votes
• charlie: 3 votes
📊 Querying vote counts:
• alice: 1 votes
• bob: 2 votes
• charlie: 3 votes
❌ Testing with invalid ticket...
Result: {'success': False, 'message': 'Invalid ticket', 'usernames': [], 'votes': []}
🕒 Testing ticket expiration...
Vote success: False
📊 Querying votes after expiration:
• alice: 1 votestest_performance.py
python test_performance.py
===== LITTLE VOTE PERFORMANCE TESTS =====
----- Testing Ticket Renewal -----
First ticket: 89a88a52fd...
Waiting 3 seconds for ticket renewal...
Second ticket: 3142b9569e...
Tickets differ: True
Using ticket: 3142b9569e... for performance tests
----- Testing 20 Concurrent Votes -----
Total requests: 20
Successful requests: 20
Failed requests: 0
Average response time: 0.1766 seconds
Min response time: 0.1593 seconds
Max response time: 0.1889 seconds
----- Testing Ticket Usage Limit -----
Testing ticket usage limit with ticket: 3142b9569e...
Successful votes so far: 10
Successful votes so far: 20
Successful votes so far: 30
Successful votes so far: 40
Successful votes so far: 50
Successful votes so far: 60
Successful votes so far: 70
Successful votes so far: 80
Vote failed after 80 successful attempts: Ticket usage limit exceeded
Successful votes before limit: 80
Reached the limit: True
----- Final Vote Counts -----
• test_user_1: 15 votes
• test_user_2: 4 votes
• test_user_3: 8 votes
• test_user_4: 7 votes
• test_user_5: 5 votes
• usage_limit_test_user: 80 votes可以通过数据库确认结果已持久化。
❯ kubectl -n cast exec -it pod/postgres-0 -- psql -U postgres -d cast -c "SELECT * FROM votes;"
id | username | count | version
----+-----------------------+-------+---------
1 | alice | 1 | 1
2 | bob | 2 | 1
3 | charlie | 3 | 1
4 | test_user_1 | 15 | 17
6 | test_user_2 | 4 | 19
5 | test_user_3 | 8 | 20
8 | test_user_5 | 5 | 14
7 | test_user_4 | 7 | 21
9 | usage_limit_test_user | 80 | 101
(9 rows)