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一次线上事故,我顿悟了异步的精髓

2022-07-17 09:36 浏览: 156644 次 我要评论(0 条) 字号:

以下文章来源于勇哥java实战分享 ,作者勇哥

勇哥java实战分享 .

爱源码,不求甚解的程序员


文章来源:【公众号:勇哥java实战分享】


目录
  • 前言

  • 业务场景

  • 线程池模式

  • 本地内存+定时任务

  • MQ 模式

  • Agent 服务+MQ 模式

  • 总结


前言


在高并发的场景下,异步是一个极其重要的优化方向。前段时间,生产环境发生一次事故,笔者认为事故的场景非常具备典型性 。


写这篇文章,笔者想和大家深入探讨该场景的架构优化方案。希望大家读完之后,可以对异步有更深刻的理解。


业务场景


老师登录教研平台,会看到课程列表,点击课程后,课程会以视频的形式展现出来。

访问课程详情页面,包含两个核心动作:

  • 读取课程视频信息:从缓存服务器 Redis 获取课程的视频信息 ,返回给前端,前端通过视频组件渲染。

  • 写入课程观看行为记录:当教师观看视频的过程中,浏览器每隔 3 秒发起请求,教研服务将观看行为记录插入到数据库表中。而且随着用户在线人数越多,写操作的频率也会指数级增长。


上线初期,这种设计运行还算良好,但随着在线用户的增多,系统响应越来越慢,大量线程阻塞在写入视频观看进度表上的 Dao 方法上。


首先我们会想到一个非常直观的方案,提升写入数据库的能力:

  • 优化 SQL 语句
  • 提升 MySQL 数据库硬件配置 
  • 分库分表


这种方案其实也可以满足我们的需求,但是通过扩容硬件并不便宜,另外写操作可以允许适当延迟和丢失少量数据,那这种方案更显得性价比不足。


那么架构优化的方向应该是:“减少写动作的耗时,提升写动作的并发度”, 只有这样才能让系统更顺畅的运行。


于是,我们想到了第二种方案:写请求异步化。

  • 线程池模式
  • 本地内存 + 定时任务
  • MQ 模式
  • Agent 服务 + MQ 模式


线程池模式


2014 年,笔者在艺龙旅行网负责红包系统相关工作。运营系统会调用红包系统给特定用户发送红包,当这些用户登录 app 后,app 端会调用红包系统的激活红包接口。


激活红包接口是一个写操作,速度也比较快(20 毫秒左右),接口的日请求量在 2000 万左右。


应用访问高峰期,红包系统会变得不稳定,激活接口经常超时,笔者为了快速解决问题,采取了一个非常粗糙的方案:"控制器收到请求后,将写操作放入到独立的线程池中后,立即返回给前端,而线程池会异步执行激活红包方法"。


当时按照这种粗糙的方法优化后,红包系统非常稳定,再也没有出现接口响应超时的问题。


回到教研的场景,见下图,我们也可以设计类似线程池模型的方案:

使用线程池模式,需要注意如下几点:

  • 线程数不宜过高,避免占用过多的数据库连接
  • 需要考虑评估线程池队列的大小,以免出现内存溢出的问题


本地内存 + 定时任务


开源中国统计浏览数的方案非常经典。用户访问过一次文章、新闻、代码详情页面,访问次数字段加 1 , 在 oschina 上这个操作是异步的,访问的时候只是将数据在内存中保存,每隔固定时间将这些数据写入数据库。
示例代码如下:

我们可以借鉴开源中国的方案 :

  • 控制器接收请求后,观看进度信息存储到本地内存 LinkedBlockingQueue 对象里

  • 异步线程每隔1分钟从队列里获取数据 ,组装成 List 对象,最后调用 Jdbc batchUpdate 方法批量写入数据库

  • 批量写入主要是为了提升系统的整体吞吐量,每次批量写入的 List 大小也不宜过大


这种方案优点是:不改动原有业务架构,简单易用,性能也高。该方案同样需要考虑内存溢出的风险。


MQ 模式


很多同学们会想到 MQ 模式 ,消息队列最核心的功能是异步和解耦,MQ 模式架构清晰,易于扩展。

核心流程如下:

  • 控制器接收写请求,将观看视频行为记录转换成消息 
  • 教研服务发送消息到 MQ  ,将写操作成功信息返回给前端 
  • 消费者服务从 MQ 中获取消息 ,批量操作数据库


这种方案优点是:

  • MQ 本身支持高可用和异步,发送消息效率高 , 也支持批量消费
  • 消息在 MQ 服务端会持久化,可靠性要比保存在本地内存高


不过 MQ 模式需要引入新的组件,增加额外的复杂度。


Agent 服务 + MQ 模式


互联网大厂还有一种常见的异步的方案:Agent 服务 + MQ 模式。

教研服务器上部署 Agent 服务(独立的进程) , 教研服务接收写请求后,将请求按照固定的格式(比如 JSON )写入到磁盘中,然后给前端返回成功信息。


Agent 服务会监听文件变动,将文件内容发送到消息队列 , 消费者服务获取观看行为记录,将其存储到 MySQL 数据库中。


这种方案最大的优点是:架构分层清晰,业务服务不需要引入 MQ 组件。笔者原来接触过的性能监控平台,或者日志分析平台都使用这种模式。


总结


学习需要一层一层递进的思考。


第一层:什么场景下需要异步


如下:

  • 大量写操作占用了过多的资源,影响了系统的正常运行
  • 写操作异步后,不影响主流程,允许适当延迟


第二层:异步的外功心法


本文提到了四种异步方式:

  • 线程池模式

  • 本地内存 + 定时任务

  • MQ 模式

  • Agent 服务 + MQ 模式


它们的共同特点是:将写操作命令存储在一个池子后,立刻响应给前端,减少写动作的耗时。任务服务异步从池子里获取任务后执行。


第三层:异步的本质


在笔者看来,异步是更细粒度的使用系统资源的一种方式。在教研课程详情场景里,数据库的资源是固定的,但写操作占据大量数据库资源,导致整个系统的阻塞,但写操作并不是最核心的业务流程,它不应该占用那么多的系统资源。


不能为了异步而异步,无论是使用线程池,还是本地内存 + 定时任务 ,亦或是 MQ ,对数据库资源的使用都需要在合理的范围内,否则异步就达不到我们想要的效果。

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