在高併發的場景下，非同步是一個極其重要的優化方向。
前段時間，生產環境發生一次事故，筆者認為事故的場景非常具備典型性 。
寫這篇文章，筆者想和大家深入探討該場景的架構優化方案。希望大家讀完之後，可以對非同步有更深刻的理解。
1 業務場景
老師登入教研平臺，會看到課程列表，點選課程後，課程會以視訊的形式展現出來。
訪問課程詳情頁面，包含兩個核心動作：
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讀取課程視訊資訊 :
從快取伺服器 Redis 獲取課程的視訊資訊 ，返回給前端，前端通過視訊元件渲染。
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寫入課程觀看行為記錄 :
當教師觀看視訊的過程中，瀏覽器每隔3秒發起請求，教研服務將觀看行為記錄插入到資料庫表中。而且隨著使用者線上人數越多，寫操作的頻率也會指數級增長。
上線初期，這種設計執行還算良好，但隨著線上使用者的增多，系統響應越來越慢，大量執行緒阻塞在寫入視訊觀看進度表上的 Dao 方法。上。
首先我們會想到一個非常直觀的方案，提升寫入資料庫的能力。
- 優化 SQL 語句；
- 提升 MySQL 資料庫硬體配置 ;
- 分庫分表。
這種方案其實也可以滿足我們的需求，但是通過擴容硬體並不便宜，另外寫操作可以允許適當延遲和丟失少量資料，那這種方案更顯得價效比不足。
那麼架構優化的方向應該是：“減少寫動作的耗時，提升寫動作的併發度”， 只有這樣才能讓系統更順暢的執行。
於是，我們想到了第二種方案：寫請求非同步化。
- 執行緒池模式
- 本地記憶體 + 定時任務
- MQ 模式
- Agent 服務 + MQ 模式
2 執行緒池模式
2014年，筆者在藝龍旅行網負責紅包系統相關工作。運營系統會呼叫紅包系統給特定使用者傳送紅包，當這些使用者登入 app 後，app 端會呼叫紅包系統的啟用紅包介面 。
啟用紅包介面是一個寫操作，速度也比較快(20毫秒左右)，介面的日請求量在2000萬左右。
應用訪問高峰期，紅包系統會變得不穩定，啟用介面經常超時，筆者為了快速解決問題，採取了一個非常粗糙的方案：
"控制器收到請求後，將寫操作放入到獨立的執行緒池中後，立即返回給前端，而執行緒池會非同步執行啟用紅包方法"。
坦率的講，這是一個非常有效的方案，優化後，紅包系統非常穩定。
回到教研的場景，見下圖，我們也可以設計類似執行緒池模型的方案：
使用執行緒池模式，需要注意如下幾點：
- 執行緒數不宜過高，避免佔用過多的資料庫連線池 ;
- 需要考慮評估執行緒池佇列的大小，以免出現記憶體溢位的問題。
3 本地記憶體 + 定時任務
開源中國統計瀏覽數的方案非常經典。
使用者訪問過一次文章、新聞、程式碼詳情頁面，訪問次數字段加 1 , 在 oschina 上這個操作是非同步的，訪問的時候只是將資料在記憶體中儲存，每隔固定時間將這些資料寫入資料庫。
示例程式碼如下：
我們可以借鑑開源中國的方案 ：
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控制器接收請求後，觀看進度資訊儲存到本地記憶體 LinkedBlockingQueue 物件裡；
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非同步執行緒每隔1分鐘從佇列裡獲取資料 ，組裝成 List 物件，最後呼叫 Jdbc batchUpdate 方法批量寫入資料庫；
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批量寫入主要是為了提升系統的整體吞吐量，每次批量寫入的 List 大小也不宜過大 。
這種方案優點是：不改動原有業務架構，簡單易用，效能也高。該方案同樣需要考慮記憶體溢位的風險。
4 MQ 模式
很多同學們會想到 MQ 模式 ，訊息佇列最核心的功能是非同步和解耦，MQ 模式架構清晰，易於擴充套件。
核心流程如下：
- 控制器接收寫請求，將觀看視訊行為記錄轉換成訊息 ；
- 教研服務傳送訊息到 MQ ，將寫操作成功資訊返回給前端 ；
- 消費者服務從 MQ 中獲取訊息 ，批量運算元據庫 。
這種方案優點是：
- MQ 本身支援高可用和非同步，傳送訊息效率高 , 也支援批量消費;
- 訊息在 MQ 服務端會持久化，可靠性要比儲存在本地記憶體高；
不過 MQ 模式需要引入新的元件，增加額外的複雜度。
5 Agent 服務 + MQ 模式
網際網路大廠還有一種常見的非同步的方案：Agent 服務 + MQ 模式。
教研伺服器上部署 Agent 服務（獨立的程式） , 教研服務接收寫請求後，將請求按照固定的格式（比如 JSON ）寫入到本次磁碟中，然後給前端返回成功資訊。
Agent 服務會監聽檔案變動，將檔案內容傳送到訊息佇列 , 消費者服務獲取觀看行為記錄，將其儲存到 MySQL 資料庫中。
還有一種演進，假設我們不想在應用中依賴訊息佇列，不生成本地檔案，可以採用如下的方式：
這種方案最大的優點是：架構分層清晰，業務服務不需要引入 MQ 元件。
筆者原來接觸過的效能監控平臺，或者日誌分析平臺都使用這種模式。
6 總結
學習需要一層一層遞進的思考。
第一層：什麼場景下需要非同步
- 大量寫操作佔用了過多的資源，影響了系統的正常執行；
- 寫操作非同步後，不影響主流程，允許適當延遲；
第二層：非同步的外功心法
本文提到了四種非同步方式：
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執行緒池模式
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本地記憶體 + 定時任務
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MQ 模式
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Agent 服務 + MQ 模式
它們的共同特點是：將寫操作命令儲存在一個池子後，立刻響應給前端，減少寫動作的耗時。任務服務非同步從池子裡獲取任務後執行。
第三層：非同步的本質
在筆者看來，非同步是更細粒度的使用系統資源的一種方式。
在教研課程詳情場景裡，資料庫的資源是固定的，但寫操作佔據大量資料庫資源，導致整個系統的阻塞，但寫操作並不是最核心的業務流程，它不應該佔用那麼多的系統資源。
不能為了非同步而非同步，無論是使用執行緒池，還是本地記憶體 + 定時任務 ，亦或是 MQ ，對資料庫資源的使用都需要在合理的範圍內，否則非同步就達不到我們想要的效果。
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