关于python3:王霸雄图荣华敝屣谈笑间尽归尘土基于Python3双队列数据结构搭建股票外汇交易匹配撮合系统

原文转载自「刘悦的技术博客」https://v3u.cn/a_id_192

如果你爱他，那么送他去股市，因为那里是地狱；如果你恨他，送他去股市，因为那里是天堂。

在过来的一年里，新冠疫情继续冲击世界经济，寰球次要股票市场的稳定都绝对频繁，尤其是 A 股，正所谓：已经跌停难为鬼，除非解套才做人；抄底时难抛亦难，反弹有力百花残。对于波谲云诡的股票市场，新投资人还是须要审慎入场，本次咱们来利用双队列的数据结构实现实时在线交易匹配引擎，摸索股票交易的神秘。

首先须要明确一点，证券交易和传统的 B2C 电商零碎交易齐全不同，证券交易零碎提供的交易标的物是规范的数字化资产，如美元、股票、比特币等等，它们的特点是数字计价，可宰割交易，也就是说，当咱们发动买盘申请的时候，须要有价格对应的卖盘响应，能力真正实现交易，反之亦然。

具体逻辑是：所有买盘或者卖盘的订单队列都传递给匹配引擎，匹配引擎尝试将它们的价格进行匹配。该匹配队列分为买单（按价格升序排列，出价最高的优先交易）和卖单（按降序排列，买价最低的优先交易）。如果股票订单找不到与匹配的价格，那么该订单就持续保留在订单队列中的原适当地位。

这里咱们以理论的案例来看一下相干匹配算法的实现，假如我有两个订单队列，一个买盘，一个卖盘：

最常见的匹配算法就是“价格 / 工夫优先”队列。订单次要依据价格进行匹配，如果以雷同的价格水平存在多个订单，则最早的订单将首先被匹配，这也和队列原理雷同：先入先出。

如上所示，假如有两个订单紧挨着。第一个是以 100 块钱的价格买入 50 股的买入订单，第二个也是以雷同价格买入 10 股的买入订单。鉴于订单与任何买价都不匹配（因为其价格低于最低的买价），所以它们都被搁置在订单队列中。第一订单和第二订单以雷同的价格水平存储，然而因为工夫优先，前者比后者具备优先权。这基本上意味着，第一个订单将被搁置在买入队列中的第二个订单的后面。

而卖盘同理，首先买价最低的优先交易，如果买价雷同，则工夫优先，先进队列的先交易，可是很多散户都遇见过一种状况，就是如果手里的一支股票间断跌停，就算拼命挂高价单也很难卖出去，甚至可能间接跌到退市血本无归，这是为什么呢？

因为当一只股票跌停时，也意味着有一大堆筹码沉积在跌停板上，想卖出去是不容易的，得排队，实践上依照“工夫优先、价格优先”的交易准则排队成交，但跌停的状况下，只存在“工夫优先”的思考，也就是说，如果想在封死跌停板时把股票卖出去，就得尽早对该股票挂跌停板价格卖出。

可实际上，一只股票跌停，不光是小局部散户卖不出去，而是大多数散户都卖不出去，都在恐慌性出货，大家都在排队卖。更何况，股票买卖是通过券商进行的，而券商有 VIP 快速通道也不是什么机密，一些大资金的小户、游资、机构享有券商虐待，或通过租用通道实现对盘面的疾速优先交易，这也导致了在股票涨停板抢筹、跌停板出货时存在肯定的“不偏心”性，也就说，交易队列并非齐全遵循“价格 / 工夫”定序，还有可能呈现优先级 (加权) 队列，所以，跌停时跑不了，涨停时买不进就不是什么新鲜事了。

另外，还须要留神匹配算法中的价格始终而数量匹配填充的问题，假如买单 10 块挂单 50 手，卖单 10 块挂单 30 手，则匹配的价格为 10 块钱，在买一卖一各显示 30 手，买单队列首地位就会有 20 手在排队，如下所示：

# 买盘  
价格 数量  
10  50  
  
  
#卖盘  
价格 数量  
10 30  
11  50

通过匹配算法之后：

# 买盘  
价格 数量  
10  20  
  
  
#卖盘  
价格 数量  
11  50

OK，理解了基本概念，让咱们用 Python3 具体实现，首先须要定义两个类，订单和交易，订单对象作为匹配算法之前的元素，而交易对象则是匹配之后的成交对象：

class Order:  
  
    def __init__(self, order_type, side, price, quantity):  
        self.type = order_type  
        self.side = side.lower()  
        self.price = price  
        self.quantity = quantity  
  
class Trade:  
  
    def __init__(self, price, quantity):  
        self.price = price  
        self.quantity = quantity

这里 type 是订单类型，side 代表买单或者卖单，price 为价格，quantity 为数量。

紧接着咱们来实现订单队列：

class OrderBook:  
  
    def __init__(self, bids=[], asks=[]):  
  
        self.bids = sorted(bids, key = lambda order: -order.price)  
        self.asks = sorted(asks, key = lambda order: order.price)  
  
    def __len__(self):  
        return len(self.bids) + len(self.asks)  
  
    def add(self, order):  
        if order.type == 'buy':  
            self.bids.append(order)  
        elif order.type == 'sell':  
            self.asks.append(order)  
  
    def remove(self, order):  
        if order.type == 'buy':  
            self.bids.remove(order)  
        elif order.type == 'sell':  
            self.asks.remove(order)

这里的订单队列很容易地实现为具备两个排序列表的数据结构，其中两个列表蕴含两个按价格排序的订单实例。一种按升序排序（买单），另一种按降序排序（卖单）。

上面来实现零碎的外围性能，匹配引擎：

from collections import deque  
  
class MatchingEngine:  
  
    def __init__(self):  
  
        self.queue = deque()  
        self.orderbook = OrderBook()  
        self.trades = deque()

首先，咱们须要两个 FIFO 队列；一个用于存储所有传入的订单，另一个用于存储通过匹配后所有产生的交易。咱们还须要存储所有没有匹配的订单。

之后，通过调用.process（order）函数将订单传递给匹配引擎。而后将匹配生成的交易存储在队列中，而后能够顺次检索（通过匹配引擎交易队列），也能够通过调用.get\_trades（）函数将其存储在列表中。

def process(self, order):  
        self.match(order)  
  
def get_trades(self):  
        trades = list(self.trades)  
        return trades

随后就是匹配办法：

def match(self, order):  
        if order.side == 'buy':  
  
        
            filled = 0  
            consumed_asks = []  
  
  
            for i in range(len(self.orderbook.asks)):  
                ask = self.orderbook.asks[i]  
  
                if ask.price > order.price:  
                    break # 买价过高  
                elif filled == order.quantity:  
                    break # 曾经匹配  
  
                if filled + ask.quantity <= order.quantity:   
                    filled += ask.quantity  
                    trade = Trade(ask.price, ask.quantity)  
                    self.trades.append(trade)  
                    consumed_asks.append(ask)  
                elif filled + ask.quantity > order.quantity:   
                    volume = order.quantity-filled  
                    filled += volume  
                    trade = Trade(ask.price, volume)  
                    self.trades.append(trade)  
                    ask.quantity -= volume  
  
            # 没匹配胜利的  
            if filled < order.quantity:  
                self.orderbook.add(Order("limit", "buy", order.price, order.quantity-filled))  
  
            # 胜利匹配的移出订单队列  
            for ask in consumed_asks:  
                self.orderbook.remove(ask)  
  
    
        elif order.side == 'sell':  
        
            filled = 0  
            consumed_bids = []  
            for i in range(len(self.orderbook.bids)):  
                bid = self.orderbook.bids[i]  
  
                if bid.price < order.price:  
                    break   
                if filled == order.quantity:  
                    break   
  
                if filled + bid.quantity <= order.quantity:   
                    filled += bid.quantity  
                    trade = Trade(bid.price, bid.quantity)  
                    self.trades.append(trade)  
                    consumed_bids.append(bid)  
                elif filled + bid.quantity > order.quantity:   
                    volume = order.quantity-filled  
                    filled += volume  
                    trade = Trade(bid.price, volume)  
                    self.trades.append(trade)  
                    bid.quantity -= volume  
  
   
            if filled < order.quantity:  
                self.orderbook.add(Order("limit", "sell", order.price, order.quantity-filled))  
  
   
            for bid in consumed_bids:  
                self.orderbook.remove(bid)  
        else:  
          
            self.orderbook.add(order)

逻辑上并不简单，基本上就是在订单队列中遍历，直到收到的订单被齐全匹配为止。对于每个匹配胜利的订单，都会创立一个交易对象并将其增加到交易队列中。如果匹配引擎无奈齐全实现匹配，则它将残余量作为独自的订单再增加会订单队列中。

当然了，为了应答高并发场景，实现每秒成千上万的交易量，咱们能够对匹配引擎进行革新，让它具备多任务异步执行的性能：

from threading import Thread  
from collections import deque  
  
class MatchingEngine:  
  
    def __init__(self, threaded=False):  
  
        self.queue = deque()

        self.orderbook = OrderBook()

self.trades = deque()

        self.threaded = threaded  
        if self.threaded:  
            self.thread = Thread(target=self.run)  
            self.thread.start()

革新线程办法：

def process(self, order):  
        if self.threaded:  
            self.queue.append(order)  
        else:  
            self.match(order)

最初，为了让匹配引擎可能以线程的形式进行循环匹配，增加启动入口：

def run(self):  
          
        while True:  
            if len(self.queue) > 0:  
                order = self.queue.popleft()  
                self.match(order)  
                print(self.get_trades())  
                print(len(self.orderbook))

功败垂成，残缺代码如下：

class Order:  
  
    def __init__(self, order_type, side, price, quantity):  
        self.type = order_type  
        self.side = side.lower()  
        self.price = price  
        self.quantity = quantity  
  
class Trade:  
  
    def __init__(self, price, quantity):  
        self.price = price  
        self.quantity = quantity  
  
  
  
class OrderBook:  
  
    def __init__(self, bids=[], asks=[]):  
  
        self.bids = sorted(bids, key = lambda order: -order.price)  
        self.asks = sorted(asks, key = lambda order: order.price)  
  
    def __len__(self):  
        return len(self.bids) + len(self.asks)  
  
    def add(self, order):  
        if order.type == 'buy':  
            self.bids.append(order)  
        elif order.type == 'sell':  
            self.asks.append(order)  
  
    def remove(self, order):  
        if order.type == 'buy':  
            self.bids.remove(order)  
        elif order.type == 'sell':  
            self.asks.remove(order)  
  
  
  
  
from threading import Thread  
from collections import deque  
  
class MatchingEngine:  
  
    def __init__(self, threaded=False):  
  
  
        order1 = Order(order_type="buy",side="buy",price=10,quantity=10)  
        order2 = Order(order_type="sell",side="sell",price=10,quantity=20)  
  
        self.queue = deque()  
        self.orderbook = OrderBook()  
  
  
          
        self.orderbook.add(order1)  
        self.orderbook.add(order2)  
  
  
        self.queue.append(order1)  
        self.queue.append(order2)  
  
        self.trades = deque()  
        self.threaded = threaded  
        if self.threaded:  
            self.thread = Thread(target=self.run)  
            self.thread.start()  
  
  
    def run(self):  
          
        while True:  
            if len(self.queue) > 0:  
                order = self.queue.popleft()  
                self.match(order)  
                print(self.get_trades())  
                print(len(self.orderbook))  
                  
  
    def process(self, order):  
        if self.threaded:  
            self.queue.append(order)  
        else:  
            self.match(order)  
  
    def get_trades(self):  
        trades = list(self.trades)  
        return trades  
  
    def match(self, order):  
        if order.side == 'buy':  
  
        
            filled = 0  
            consumed_asks = []  
  
  
            for i in range(len(self.orderbook.asks)):  
                ask = self.orderbook.asks[i]  
  
                if ask.price > order.price:  
                    break # 买价过高  
                elif filled == order.quantity:  
                    break # 曾经匹配  
  
                if filled + ask.quantity <= order.quantity:   
                    filled += ask.quantity  
                    trade = Trade(ask.price, ask.quantity)  
                    self.trades.append(trade)  
                    consumed_asks.append(ask)  
                elif filled + ask.quantity > order.quantity:   
                    volume = order.quantity-filled  
                    filled += volume  
                    trade = Trade(ask.price, volume)  
                    self.trades.append(trade)  
                    ask.quantity -= volume  
  
            # 没匹配胜利的  
            if filled < order.quantity:  
                self.orderbook.add(Order("limit", "buy", order.price, order.quantity-filled))  
  
            # 胜利匹配的移出订单队列  
            for ask in consumed_asks:  
                self.orderbook.remove(ask)  
  
    
        elif order.side == 'sell':  
        
            filled = 0  
            consumed_bids = []  
            for i in range(len(self.orderbook.bids)):  
                bid = self.orderbook.bids[i]  
  
                if bid.price < order.price:  
                    break   
                if filled == order.quantity:  
                    break   
  
                if filled + bid.quantity <= order.quantity:   
                    filled += bid.quantity  
                    trade = Trade(bid.price, bid.quantity)  
                    self.trades.append(trade)  
                    consumed_bids.append(bid)  
                elif filled + bid.quantity > order.quantity:   
                    volume = order.quantity-filled  
                    filled += volume  
                    trade = Trade(bid.price, volume)  
                    self.trades.append(trade)  
                    bid.quantity -= volume  
  
   
            if filled < order.quantity:  
                self.orderbook.add(Order("limit", "sell", order.price, order.quantity-filled))  
  
   
            for bid in consumed_bids:  
                self.orderbook.remove(bid)  
        else:  
          
            self.orderbook.add(order)

测试一下：

me = MatchingEngine(threaded=True)  
  
me.run()

返回后果：

liuyue:mytornado liuyue$ python3 "/Users/liuyue/wodfan/work/mytornado/test_order_match.py"  
[<__main__.Trade object at 0x102c71750>]  
2  
[<__main__.Trade object at 0x102c71750>, <__main__.Trade object at 0x102c71790>]  
1

没有问题。

结语：所谓天下熙熙，皆为利来；天下攘攘，皆为利往。太史公这句名言揭示了股票市场的实质，兽性的本能就是谋求利益，谋求利益却要在决对准则之下，然而资本市场往往是残暴的，王霸宏图，荣华敝屣，到最初，也不过是尽归尘土。

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