之前写的博客都是围绕 Redis 数据结构做文章（Set 做点赞、BitMap 做签到、ZSet 做排行榜），这周终于换了一个方向------优惠券系统。最让我上头的是兑换码生成算法。以前觉得兑换码不就是个随机字符串嘛，直到真正面对需求才发现：要唯一、要可读、要防刷、要高效、还要能用 BitMap 验证兑换状态。五个要求凑在一起，现成的算法全都不够用，只能自己设计。整个过程像拼拼图，每一块单独看都不难，拼在一起的那一刻是真的有成就感。
一、兑换码的五个需求，现成算法全都不行
先说说兑换码要满足什么条件：
| 需求 | 具体要求 |
|---|---|
| 可读性好 | 不超过 10 个字符，只能大写字母 + 数字（去掉易混淆的 I、O、0、1） |
| 数据量大 | 至少支持 10 亿以上的兑换码 |
| 唯一性 | 所有兑换码绝不重复 |
| 防重兑 | 兑换过的码不能再兑，验证要高效 |
| 防暴刷 | 规律性不能太强，不能被人猜出其他兑换码 |
拿到这个需求，第一反应是 UUID。UUID 唯一性没问题，但它是 128 位的，转成 Base32 要 26 个字符，远超 10 位限制。
第二反应是雪花算法（Snowflake）。64 位，转 Base32 要 13 个字符，还是超了。
第三反应是自增 ID。32 位的 Integer 能支持 40 亿+，转 Base32 只要 7 个字符，完全够用。而且自增 ID 天然有序，配合 Redis BitMap 做防重兑校验，一个 bit 位代表一个 ID 的兑换状态，O(1) 就能判断。
自增 ID 解决了唯一性、数据量、可读性和防重兑，但有一个致命问题：太有规律了。ID 是 1、2、3 递增的，别人拿到一个兑换码，稍微一推算就能猜出其他兑换码，甚至伪造。
所以核心问题变成了：怎么给自增 ID 加一层"伪装"，让它看起来毫无规律，但又能反向解析回来？
二、借鉴 JWT 的思路：载荷 + 签名
这个问题让我想到了 JWT。JWT 的 Header （头部）和 Payload（载荷） 本质上就是 Base64 明文，谁都能看懂。它之所以不怕伪造，是因为有第三部分------签名。签名是用密钥对前两部分做哈希运算得到的，密钥不泄露就没人能伪造。
兑换码也可以用类似的思路：
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每4位一组 × 加权数组
选择第几组加权数组
取低14位
🔐 校验码
14 bit
🎲 新鲜值
4 bit
🔢 自增序列号
32 bit
📊 按位加权求和
🔀 与大质数异或混淆
📝 Base32 转码
✅ 最终兑换码
10个字符
这张图说的是兑换码的生成流程：自增序列号（32 bit）前面拼一个新鲜值（4 bit），组成 36 bit 的载荷。用新鲜值从 16 组加权数组中选一组，对载荷按位加权求和，取低 14 位作为校验码。最后把校验码、新鲜值、序列号拼成 50 bit 的数，与大质数异或混淆，再用 Base32 转码得到 10 位兑换码。
拆开来看每一步在干什么：
1. 自增序列号：用 Redis INCR 生成
java
// Redis 自增序列号，一次性增加 totalNum 个
Long result = serialOps.increment(totalNum);
int maxSerialNum = result.intValue();
// 然后从 maxSerialNum - totalNum + 1 到 maxSerialNum，逐个生成兑换码
for (int serialNum = maxSerialNum - totalNum + 1; serialNum <= maxSerialNum; serialNum++) {
String code = CodeUtil.generateCode(serialNum, coupon.getId());
// ...
}用 Redis 的 INCRBY 生成全局自增序列号，好处是即使多实例部署也不会重复。
2. 新鲜值：让同一张券的兑换码有共同标记
新鲜值取优惠券 ID 的低 4 位（0~15），作用是：同一张优惠券的所有兑换码共享一个新鲜值，在验证时可以快速判断这个兑换码属于哪张券。同时，新鲜值决定了用哪一组加权数组，增加了破解难度。
3. 按位加权签名：核心加密逻辑
java
private static long calcCheckCode(long payload, int fresh) {
int[] table = PRIME_TABLE[fresh]; // 根据新鲜值选一组加权数组
long sum = 0;
int index = 0;
while (payload > 0) {
sum += (payload & 0xf) * table[index++]; // 每4位一组，乘加权数
payload >>>= 4; // 右移4位，取下一组
}
return sum & CHECK_CODE_MASK; // 取低14位作为签名
}把载荷每 4 位切一刀，转成十进制就是 0~15 的数字。每个数字乘以对应的权重，最后求和。这个加权数组就是"密钥"------不知道密钥的人，就算拿到了兑换码也推算不出其他兑换码。
准备 16 组不同的加权数组，新鲜值决定用哪一组。这样即使有人发现了一组规律，换一张券又是不一样的规则。
4. 异或混淆：最后一道防线
java
// payload 与大质数做异或运算
payload ^= XOR_TABLE[(int) (checkCode & 0b11111)];加权签名之后，再把载荷跟一个大质数做异或。异或运算是可逆的（A ^ B ^ B = A），所以验证时可以还原。但不知道大质数的值，看到的结果就是一堆毫无规律的数。
5. Base32 转码：把数字变成字母
50 bit 的二进制数 → 每 5 位一组 → 10 组 → 每组对应一个 0~31 的角标 → 查表得到字符字符表是 ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ23456789（去掉了 I、O 避免和 1、0 混淆），32 个字符刚好对应 5 位二进制。50 bit 切成 10 组，每组 5 bit，查 10 次表就得到了 10 位兑换码。
三、验证兑换码：反向拆解 + 签名比对
验证是生成的逆过程。拿到一个兑换码后：
java
public static long parseCode(String code) {
// 1.Base32 解码，还原成数字
long num = Base32.decode(code);
// 2.取低 36 位得到载荷
long payload = num & PAYLOAD_MASK;
// 3.取高 14 位得到校验码
int checkCode = (int) (num >>> CHECK_CODE_BIT_OFFSET);
// 4.用校验码的低 5 位找到对应的大质数，异或还原
payload ^= XOR_TABLE[(checkCode & 0b11111)];
// 5.取载荷的高 4 位得到新鲜值
int fresh = (int) (payload >>> FRESH_BIT_OFFSET & FRESH_MASK);
// 6.重新计算签名，与原始签名比对
if (calcCheckCode(payload, fresh) != checkCode) {
throw new BadRequestException("无效兑换码");
}
// 7.验证通过，返回低 32 位的自增序列号
return payload & SERIAL_NUM_MASK;
}关键在第六步：用同样的算法重新算一遍签名，跟兑换码里携带的签名比对。一致说明兑换码没被篡改，不一致说明是伪造的。
验证通过后，拿到的就是自增序列号。用这个序列号去 Redis BitMap 里查一下对应的 bit 位是 0 还是 1，就知道有没有被兑换过了。整个验证过程不查数据库，全是内存运算和 Redis 位运算，性能极高。
#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ p{margin:0;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .label text,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node rect,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node circle,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node ellipse,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node polygon,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .rough-node .label text,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node .label text,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .image-shape .label,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .rough-node .label,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node .label,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .image-shape .label,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .icon-shape,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .icon-shape p,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-uBelmDw29plSzghJ :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 否
是
是
否
📥 收到兑换码
📝 Base32 解码
✂️ 拆分：高14位签名 + 低36位载荷
🔀 载荷异或大质数还原
📊 重新计算签名
🔍 签名一致?
❌ 无效兑换码
被篡改或伪造
🔢 取出低32位自增序列号
💾 Redis BitMap
检查兑换状态
🔍 已兑换?
❌ 重复兑换
✅ 兑换成功
SETBIT 标记为1
这张图说的是完整的验证流程：Base32 解码 → 拆分签名和载荷 → 异或还原 → 重算签名比对 → BitMap 查兑换状态。全程不碰数据库。
四、线程池异步生成：不让用户等
兑换码生成算法虽然高效，但如果一张券要发 5000 个码，在发放接口里同步生成还是会让用户等好几秒。所以项目里用线程池异步处理：
java
@Bean
public Executor generateExchangeCodeExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
executor.setCorePoolSize(2); // 核心线程 2
executor.setMaxPoolSize(5); // 最大线程 5
executor.setQueueCapacity(200); // 队列 200
executor.setThreadNamePrefix("exchange-code-handler-");
// 拒绝策略：CallerRunsPolicy（交给调用线程处理）
executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
executor.initialize();
return executor;
}参数选择的思路：发放优惠券不是高频操作，线程池的目的纯粹是"不让用户等"，不是为了扛并发。所以核心线程只设了 2，最大线程 5。队列 200 足够缓冲。拒绝策略用 CallerRunsPolicy------万一真的满了，就让调用线程自己干，用户稍微等一下，总比丢任务强。
java
@Async("generateExchangeCodeExecutor")
public void asyncGenerateCode(Coupon coupon) {
Long result = serialOps.increment(coupon.getTotalNum());
int maxSerialNum = result.intValue();
List<ExchangeCode> list = new ArrayList<>(coupon.getTotalNum());
for (int serialNum = maxSerialNum - coupon.getTotalNum() + 1;
serialNum <= maxSerialNum; serialNum++) {
String code = CodeUtil.generateCode(serialNum, coupon.getId());
// ... 构建兑换码对象
}
saveBatch(list); // 批量保存数据库
}发放接口调用完立刻返回，兑换码在后台线程池里慢慢生成。用户不会感受到任何延迟。
五、优惠券状态机：五个状态六种转换
优惠券的生命周期比想象中复杂。它有五个状态，状态之间的转换有严格的规则：
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立刻发放
定时发放
定时任务触发
手动暂停
重新发放
过期/手动结束
过期
待发放
进行中
未开始
暂停
已结束
这张图说的是优惠券的完整生命周期。注意几个关键约束：只有"待发放"和"暂停"状态的券可以被发放；只有"进行中"的券可以被暂停；"已结束"是终态，不可逆转。
项目里用枚举管理状态，在发放接口里做前置校验：
java
if (coupon.getStatus() != CouponStatus.DRAFT && coupon.getStatus() != PAUSE) {
throw new BizIllegalException("优惠券状态错误！");
}还有一个容易忽略的细节：兑换码只在"首次发放"时生成，暂停后再发放不能重复生成。所以代码里同时判断了领取方式和前置状态：
java
if (coupon.getObtainWay() == ObtainType.ISSUE && coupon.getStatus() == CouponStatus.DRAFT) {
codeService.asyncGenerateCode(coupon);
}六、面试怎么说
面试官问"兑换码怎么设计的"，建议按这个节奏讲：先说需求（唯一、可读、防刷、高效、防重兑），再说为什么不用 UUID 和雪花（位数太长），然后引出"自增 ID + Base32 + 加权签名 + 异或混淆"的方案。
重点讲三个加分项：一是借鉴 JWT 的验签思想（载荷 + 签名 + 密钥），二是用 Redis BitMap 做防重兑（不查数据库，O(1) 验证），三是线程池异步生成（不让用户等）。
面试官如果追问线程池参数怎么设的，就说：发放不是高频操作，线程池的目的是减少业务耗时而不是扛并发，所以核心线程设 2、最大线程 5、队列 200。拒绝策略用 CallerRunsPolicy，宁可让调用线程慢一点也不丢任务。
七、这周的整体感受
做完兑换码算法，最大的感受是：真正有价值的设计不是"会用某个框架"，而是能根据具体需求把基础知识组合起来解决问题。自增 ID、Base32 转码、按位加权、异或运算、BitMap------这些东西单独拿出来都是课本上的基础知识，但组合在一起就变成了一个能满足五个需求的兑换码方案。
另一个感触是 JWT 的验签思想比我想象中通用。以前学 JWT 只觉得是"登录用的 token"，现在发现它的核心思路------"明文 + 签名 + 密钥"------可以迁移到任何需要防篡改的场景。这种"理解了原理才能举一反三"的感觉，跟之前做点赞系统时理解 Set 底层结构才能选对数据结构的感受是一样的。
下周准备做优惠券的领取和使用功能，据说涉及并发安全和优惠金额计算。继续加油。