效率加倍，高并發(fā)場景下的接口請求合并方案

前言

請求合并到底有什么意義呢？我們來看下圖。

假設(shè)我們3個用戶（用戶id分別是1、2、3），現(xiàn)在他們都要查詢自己的基本信息，請求到服務(wù)器，服務(wù)器端請求數(shù)據(jù)庫，發(fā)出3次請求。我們都知道數(shù)據(jù)庫連接資源是相當寶貴的，那么我們怎么盡可能節(jié)省連接資源呢？

這里把數(shù)據(jù)庫換成被調(diào)用的遠程服務(wù)，也是同樣的道理。

我們改變下思路，如下圖所示。

我們在服務(wù)器端把請求合并，只發(fā)出一條SQL查詢數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫返回后，服務(wù)器端處理返回數(shù)據(jù)，根據(jù)一個唯一請求ID，把數(shù)據(jù)分組，返回給對應用戶。

基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 實現(xiàn)的后臺管理系統(tǒng) + 用戶小程序，支持 RBAC 動態(tài)權(quán)限、多租戶、數(shù)據(jù)權(quán)限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能

• 項目地址：https://github.com/YunaiV/ruoyi-vue-pro
• 視頻教程：https://doc.iocoder.cn/video/

技術(shù)手段

• LinkedBlockQueue 阻塞隊列
• ScheduledThreadPoolExecutor 定時任務(wù)線程池
• CompleteableFuture future 阻塞機制(Java 8 的 CompletableFuture 并沒有 timeout 機制，后面優(yōu)化，使用了隊列替代)

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代碼實現(xiàn)

查詢用戶的代碼

publicinterfaceUserService{

MapqueryUserByIdBatch(ListuserReqs);
}
@Service
publicclassUserServiceImplimplementsUserService{

@Resource
privateUsersMapperusersMapper;

@Override
publicMapqueryUserByIdBatch(ListuserReqs){
//全部參數(shù)
ListuserIds=userReqs.stream().map(UserWrapBatchService.Request::getUserId).collect(Collectors.toList());
QueryWrapperqueryWrapper=newQueryWrapper<>();
//用in語句合并成一條SQL，避免多次請求數(shù)據(jù)庫的IO
queryWrapper.in("id",userIds);
Listusers=usersMapper.selectList(queryWrapper);
Map>userGroup=users.stream().collect(Collectors.groupingBy(Users::getId));
HashMapresult=newHashMap<>();
userReqs.forEach(val->{
ListusersList=userGroup.get(val.getUserId());
if(!CollectionUtils.isEmpty(usersList)){
result.put(val.getRequestId(),usersList.get(0));
}else{
//表示沒數(shù)據(jù)
result.put(val.getRequestId(),null);
}
});
returnresult;
}
}

合并請求的實現(xiàn)

packagecom.springboot.sample.service.impl;

importcom.springboot.sample.bean.Users;
importcom.springboot.sample.service.UserService;
importorg.springframework.stereotype.Service;

importjavax.annotation.PostConstruct;
importjavax.annotation.Resource;
importjava.util.*;
importjava.util.concurrent.*;

/***
*zzq
*包裝成批量執(zhí)行的地方
**/
@Service
publicclassUserWrapBatchService{
@Resource
privateUserServiceuserService;

/**
*最大任務(wù)數(shù)
**/
publicstaticintMAX_TASK_NUM=100;


/**
*請求類,code為查詢的共同特征,例如查詢商品,通過不同id的來區(qū)分
*CompletableFuture將處理結(jié)果返回
*/
publicclassRequest{
//請求id唯一
StringrequestId;
//參數(shù)
LonguserId;
//TODOJava8的CompletableFuture并沒有timeout機制
CompletableFuturecompletableFuture;

publicStringgetRequestId(){
returnrequestId;
}

publicvoidsetRequestId(StringrequestId){
this.requestId=requestId;
}

publicLonggetUserId(){
returnuserId;
}

publicvoidsetUserId(LonguserId){
this.userId=userId;
}

publicCompletableFuturegetCompletableFuture(){
returncompletableFuture;
}

publicvoidsetCompletableFuture(CompletableFuturecompletableFuture){
this.completableFuture=completableFuture;
}
}

/*
LinkedBlockingQueue是一個阻塞的隊列,內(nèi)部采用鏈表的結(jié)果,通過兩個ReenTrantLock來保證線程安全
LinkedBlockingQueue與ArrayBlockingQueue的區(qū)別
ArrayBlockingQueue默認指定了長度,而LinkedBlockingQueue的默認長度是Integer.MAX_VALUE,也就是無界隊列,在移除的速度小于添加的速度時，容易造成OOM。
ArrayBlockingQueue的存儲容器是數(shù)組,而LinkedBlockingQueue是存儲容器是鏈表
兩者的實現(xiàn)隊列添加或移除的鎖不一樣，ArrayBlockingQueue實現(xiàn)的隊列中的鎖是沒有分離的，即添加操作和移除操作采用的同一個ReenterLock鎖，
而LinkedBlockingQueue實現(xiàn)的隊列中的鎖是分離的，其添加采用的是putLock，移除采用的則是takeLock，這樣能大大提高隊列的吞吐量，
也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費者可以并行地操作隊列中的數(shù)據(jù)，以此來提高整個隊列的并發(fā)性能。
*/
privatefinalQueuequeue=newLinkedBlockingQueue();

@PostConstruct
publicvoidinit(){
//定時任務(wù)線程池,創(chuàng)建一個支持定時、周期性或延時任務(wù)的限定線程數(shù)目(這里傳入的是1)的線程池
ScheduledExecutorServicescheduledExecutorService=Executors.newScheduledThreadPool(1);

scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(()->{
intsize=queue.size();
//如果隊列沒數(shù)據(jù),表示這段時間沒有請求,直接返回
if(size==0){
return;
}
Listlist=newArrayList<>();
System.out.println("合并了["+size+"]個請求");
//將隊列的請求消費到一個集合保存
for(inti=0;i//后面的SQL語句是有長度限制的，所以還要做限制每次批量的數(shù)量,超過最大任務(wù)數(shù)，等下次執(zhí)行
if(i//拿到我們需要去數(shù)據(jù)庫查詢的特征,保存為集合
ListuserReqs=newArrayList<>();
for(Requestrequest:list){
userReqs.add(request);
}
//將參數(shù)傳入service處理,這里是本地服務(wù)，也可以把userService看成RPC之類的遠程調(diào)用
Mapresponse=userService.queryUserByIdBatch(userReqs);
//將處理結(jié)果返回各自的請求
for(Requestrequest:list){
Usersresult=response.get(request.requestId);
request.completableFuture.complete(result);//completableFuture.complete方法完成賦值,這一步執(zhí)行完畢,下面future.get()阻塞的請求可以繼續(xù)執(zhí)行了
}
},100,10,TimeUnit.MILLISECONDS);
//scheduleAtFixedRate是周期性執(zhí)行schedule是延遲執(zhí)行initialDelay是初始延遲period是周期間隔后面是單位
//這里我寫的是初始化后100毫秒后執(zhí)行，周期性執(zhí)行10毫秒執(zhí)行一次
}

publicUsersqueryUser(LonguserId){
Requestrequest=newRequest();
//這里用UUID做請求id
request.requestId=UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
request.userId=userId;
CompletableFuturefuture=newCompletableFuture<>();
request.completableFuture=future;
//將對象傳入隊列
queue.offer(request);
//如果這時候沒完成賦值,那么就會阻塞,直到能夠拿到值
try{
returnfuture.get();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionExceptione){
e.printStackTrace();
}
returnnull;
}
}

控制層調(diào)用

/***
*請求合并
**/
@RequestMapping("/merge")
publicCallablemerge(LonguserId){
returnnewCallable(){
@Override
publicUserscall()throwsException{
returnuserBatchService.queryUser(userId);
}
};
}

Callable是什么可以參考：

• https://blog.csdn.net/baidu_19473529/article/details/123596792

模擬高并發(fā)查詢的代碼

packagecom.springboot.sample;

importorg.springframework.web.client.RestTemplate;

importjava.util.Random;
importjava.util.concurrent.CountDownLatch;

publicclassTestBatch{
privatestaticintthreadCount=30;

privatefinalstaticCountDownLatchCOUNT_DOWN_LATCH=newCountDownLatch(threadCount);//為保證30個線程同時并發(fā)運行

privatestaticfinalRestTemplaterestTemplate=newRestTemplate();

publicstaticvoidmain(String[]args){


for(inti=0;i//循環(huán)開30個線程
newThread(newRunnable(){
publicvoidrun(){
COUNT_DOWN_LATCH.countDown();//每次減一
try{
COUNT_DOWN_LATCH.await();//此處等待狀態(tài)，為了讓30個線程同時進行
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}

for(intj=1;j<=?3;j++){
intparam=newRandom().nextInt(4);
if(param<=0){
param++;
}
StringresponseBody=restTemplate.getForObject("http://localhost:8080/asyncAndMerge/merge?userId="+param,String.class);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"參數(shù)"+param+"返回值"+responseBody);
}
}
}).start();

}
}
}

測試效果

要注意的問題

• Java 8 的 CompletableFuture 并沒有 timeout 機制
• 后面的SQL語句是有長度限制的，所以還要做限制每次批量的數(shù)量,超過最大任務(wù)數(shù)，等下次執(zhí)行（本例中加了MAX_TASK_NUM判斷）

使用隊列的超時解決Java 8 的 CompletableFuture 并沒有 timeout 機制

核心代碼

packagecom.springboot.sample.service.impl;

importcom.springboot.sample.bean.Users;
importcom.springboot.sample.service.UserService;
importorg.springframework.stereotype.Service;

importjavax.annotation.PostConstruct;
importjavax.annotation.Resource;
importjava.util.*;
importjava.util.concurrent.*;

/***
*zzq
*包裝成批量執(zhí)行的地方，使用queue解決超時問題
**/
@Service
publicclassUserWrapBatchQueueService{
@Resource
privateUserServiceuserService;

/**
*最大任務(wù)數(shù)
**/
publicstaticintMAX_TASK_NUM=100;


/**
*請求類,code為查詢的共同特征,例如查詢商品,通過不同id的來區(qū)分
*CompletableFuture將處理結(jié)果返回
*/
publicclassRequest{
//請求id
StringrequestId;

//參數(shù)
LonguserId;
//隊列，這個有超時機制
LinkedBlockingQueueusersQueue;


publicStringgetRequestId(){
returnrequestId;
}

publicvoidsetRequestId(StringrequestId){
this.requestId=requestId;
}

publicLonggetUserId(){
returnuserId;
}

publicvoidsetUserId(LonguserId){
this.userId=userId;
}

publicLinkedBlockingQueuegetUsersQueue(){
returnusersQueue;
}

publicvoidsetUsersQueue(LinkedBlockingQueueusersQueue){
this.usersQueue=usersQueue;
}
}

/*
LinkedBlockingQueue是一個阻塞的隊列,內(nèi)部采用鏈表的結(jié)果,通過兩個ReenTrantLock來保證線程安全
LinkedBlockingQueue與ArrayBlockingQueue的區(qū)別
ArrayBlockingQueue默認指定了長度,而LinkedBlockingQueue的默認長度是Integer.MAX_VALUE,也就是無界隊列,在移除的速度小于添加的速度時，容易造成OOM。
ArrayBlockingQueue的存儲容器是數(shù)組,而LinkedBlockingQueue是存儲容器是鏈表
兩者的實現(xiàn)隊列添加或移除的鎖不一樣，ArrayBlockingQueue實現(xiàn)的隊列中的鎖是沒有分離的，即添加操作和移除操作采用的同一個ReenterLock鎖，
而LinkedBlockingQueue實現(xiàn)的隊列中的鎖是分離的，其添加采用的是putLock，移除采用的則是takeLock，這樣能大大提高隊列的吞吐量，
也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費者可以并行地操作隊列中的數(shù)據(jù)，以此來提高整個隊列的并發(fā)性能。
*/
privatefinalQueuequeue=newLinkedBlockingQueue();

@PostConstruct
publicvoidinit(){
//定時任務(wù)線程池,創(chuàng)建一個支持定時、周期性或延時任務(wù)的限定線程數(shù)目(這里傳入的是1)的線程池
ScheduledExecutorServicescheduledExecutorService=Executors.newScheduledThreadPool(1);

scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(()->{
intsize=queue.size();
//如果隊列沒數(shù)據(jù),表示這段時間沒有請求,直接返回
if(size==0){
return;
}
Listlist=newArrayList<>();
System.out.println("合并了["+size+"]個請求");
//將隊列的請求消費到一個集合保存
for(inti=0;i//后面的SQL語句是有長度限制的，所以還要做限制每次批量的數(shù)量,超過最大任務(wù)數(shù)，等下次執(zhí)行
if(i//拿到我們需要去數(shù)據(jù)庫查詢的特征,保存為集合
ListuserReqs=newArrayList<>();
for(Requestrequest:list){
userReqs.add(request);
}
//將參數(shù)傳入service處理,這里是本地服務(wù)，也可以把userService看成RPC之類的遠程調(diào)用
Mapresponse=userService.queryUserByIdBatchQueue(userReqs);
for(RequestuserReq:userReqs){
//這里再把結(jié)果放到隊列里
Usersusers=response.get(userReq.getRequestId());
userReq.usersQueue.offer(users);
}

},100,10,TimeUnit.MILLISECONDS);
//scheduleAtFixedRate是周期性執(zhí)行schedule是延遲執(zhí)行initialDelay是初始延遲period是周期間隔后面是單位
//這里我寫的是初始化后100毫秒后執(zhí)行，周期性執(zhí)行10毫秒執(zhí)行一次
}

publicUsersqueryUser(LonguserId){
Requestrequest=newRequest();
//這里用UUID做請求id
request.requestId=UUID.randomUUID().toString().replace("-","");
request.userId=userId;
LinkedBlockingQueueusersQueue=newLinkedBlockingQueue<>();
request.usersQueue=usersQueue;
//將對象傳入隊列
queue.offer(request);
//取出元素時，如果隊列為空，給定阻塞多少毫秒再隊列取值，這里是3秒
try{
returnusersQueue.poll(3000,TimeUnit.MILLISECONDS);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
returnnull;
}
}
...省略..

@Override
publicMapqueryUserByIdBatchQueue(ListuserReqs){
//全部參數(shù)
ListuserIds=userReqs.stream().map(UserWrapBatchQueueService.Request::getUserId).collect(Collectors.toList());
QueryWrapperqueryWrapper=newQueryWrapper<>();
//用in語句合并成一條SQL，避免多次請求數(shù)據(jù)庫的IO
queryWrapper.in("id",userIds);
Listusers=usersMapper.selectList(queryWrapper);
Map>userGroup=users.stream().collect(Collectors.groupingBy(Users::getId));
HashMapresult=newHashMap<>();
//數(shù)據(jù)分組
userReqs.forEach(val->{
ListusersList=userGroup.get(val.getUserId());
if(!CollectionUtils.isEmpty(usersList)){
result.put(val.getRequestId(),usersList.get(0));
}else{
//表示沒數(shù)據(jù),這里要new，不然加入隊列會空指針
result.put(val.getRequestId(),newUsers());
}
});
returnresult;
}

...省略...

小結(jié)

請求合并，批量的辦法能大幅節(jié)省被調(diào)用系統(tǒng)的連接資源，本例是以數(shù)據(jù)庫為例，其他RPC調(diào)用也是類似的道理。缺點就是請求的時間在執(zhí)行實際的邏輯之前增加了等待時間，不適合低并發(fā)的場景。

代碼地址

• https://gitee.com/apple_1030907690/spring-boot-kubernetes/tree/v1.0.5

參考

• https://www.cnblogs.com/oyjg/p/13099998.html