Spring Boot虛擬執行緒與Webflux在JWT驗證和MySQL查詢上的效能比較

發表於2023-09-20

Spring Boot執行緒WebUXJWTMySql

早上看到一篇關於Spring Boot虛擬執行緒和Webflux效能對比的文章，覺得還不錯。內容較長，我就不翻譯了，抓重點給大家介紹一下這篇文章的核心內容，方便大家快速閱讀。

測試場景

作者採用了一個儘可能貼近現實操作的場景：

從授權頭資訊中提取JWT
驗證JWT並從中提取使用者的Email
使用使用者的Email去MySQL裡執行查詢
返回使用者記錄

測試技術

這裡要對比的兩個核心技術點是：

帶有虛擬執行緒的Spring Boot：這不是一個跑在傳統物理執行緒上的Spring Boot應用，而是跑在虛擬執行緒上的。這些輕量級執行緒簡化了開發、維護和除錯高吞吐量併發應用程式的複雜任務。雖然虛擬執行緒仍然在底層作業系統執行緒上執行，但它們帶來了顯著的效率改進。當虛擬執行緒遇到阻塞 I/O 操作時，Java 執行時會暫時掛起它，從而釋放關聯的作業系統執行緒來為其他虛擬執行緒提供服務。這個優雅的解決方案最佳化了資源分配並增強了整體應用程式響應能力。
Spring Boot Webflux：Spring Boot WebFlux是Spring生態系統中的反應式程式設計框架，它利用Project Reactor庫來實現非阻塞、事件驅動的程式設計。所以，它特別適合需要高併發和低延遲的應用程式。依靠反應式方法，它允許開發人員有效地處理大量併發請求，同時仍然提供與各種資料來源和通訊協議整合的靈活性。

不論是Webflux還是虛擬執行緒，這兩個都是為了提供程式的高併發能力而生，那麼誰更勝一籌呢？下面一起看看具體的測試。

測試環境

執行環境與工具

一臺16G記憶體的MacBook Pro M1
Java 20
Spring Boot 3.1.3
啟用預覽模式，以獲得虛擬執行緒的強大能力
依賴的第三方庫：jjwt、mysql-connector-java
測試工具：Bombardier
資料庫：MySQL

資料準備

在Bombardier中準備100000個JWT列表，用來從中隨機選取JWT，並將其放入HTTP請求的授權資訊中。
在MySQL中建立一個users表，表結構如下：

mysql> desc users;
+--------+--------------+------+-----+---------+-------+
| Field  | Type         | Null | Key | Default | Extra |
+--------+--------------+------+-----+---------+-------+
| email  | varchar(255) | NO   | PRI | NULL    |       |
| first  | varchar(255) | YES  |     | NULL    |       |
| last   | varchar(255) | YES  |     | NULL    |       |
| city   | varchar(255) | YES  |     | NULL    |       |
| county | varchar(255) | YES  |     | NULL    |       |
| age    | int          | YES  |     | NULL    |       |
+--------+--------------+------+-----+---------+-------+
6 rows in set (0.00 sec)

為users表準備100000條使用者資料

測試程式碼

帶虛擬執行緒的Spring Boot程式

application.properties配置檔案：

server.port=3000

spring.datasource.url= jdbc:mysql://localhost:3306/testdb?useSSL=false
spring.datasource.username= testuser
spring.datasource.password= testpwd
spring.jpa.hibernate.ddl-auto= update
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver

User實體類（為了讓文章讓簡潔一些，這裡DD省略了getter和setter）：

@Entity
@Table(name = "users")
public class User {
  @Id
  private String email;

  private String first;

  private String last;

  private String city;

  private String county;

  private int age;

}

應用主類：

@SpringBootApplication
public class UserApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(UserApplication.class, args);
    }

    @Bean
    public TomcatProtocolHandlerCustomizer<?> protocolHandlerVirtualThreadExecutorCustomizer() {
        return protocolHandler -> {
            protocolHandler.setExecutor(Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor());
        };
    }
}

提供CRUD操作的UserRepository：

import org.springframework.data.repository.CrudRepository;
import com.example.demo.User;

public interface UserRepository extends CrudRepository<User, String> {

}

提供API介面的UserController類：

@RestController
public class UserController {

    @Autowired
    UserRepository userRepository;

    private SignatureAlgorithm sa = SignatureAlgorithm.HS256;
    private String jwtSecret = System.getenv("JWT_SECRET");

    @GetMapping("/")
    public User handleRequest(@RequestHeader(HttpHeaders.AUTHORIZATION) String authHdr) {
        String jwtString = authHdr.replace("Bearer","");
        Claims claims = Jwts.parser()
            .setSigningKey(jwtSecret.getBytes())
            .parseClaimsJws(jwtString).getBody();

        Optional<User> user = userRepository.findById((String)claims.get("email"));
        return user.get();
    }
}

Spring Boot Webflux程式

application.properties配置檔案：

server.port=3000

spring.r2dbc.url=r2dbc:mysql://localhost:3306/testdb
spring.r2dbc.username=dbser
spring.r2dbc.password=dbpwd

User實體（這裡DD也省略了建構函式、getter和setter）：

public class User {

  @Id
  private String email;

  private String first;

  private String last;

  private String city;

  private String county;

  private int age;

  // 省略了建構函式、getter、setter
  
}

應用主類：

@EnableWebFlux
@SpringBootApplication
public class UserApplication {

  public static void main(String[] args) {
    SpringApplication.run(UserApplication.class, args);
  }

}

提供CRUD操作的UserRepository：

public interface UserRepository extends R2dbcRepository<User, String> {

}

提供根據id查使用者的業務類UserService：

@Service
public class UserService {

  @Autowired
  UserRepository userRepository;

  public Mono<User> findById(String id) {
    return userRepository.findById(id);
  }
}

提供API介面的UserController類：

@RestController
@RequestMapping("/")
public class UserController {

  @Autowired
  UserService userService;

  private SignatureAlgorithm sa = SignatureAlgorithm.HS256;
  private String jwtSecret = System.getenv("JWT_SECRET");

  @GetMapping("/")
  @ResponseStatus(HttpStatus.OK)
  public Mono<User> getUserById(@RequestHeader(HttpHeaders.AUTHORIZATION) String authHdr) {
    String jwtString = authHdr.replace("Bearer","");
    Claims claims = Jwts.parser()
        .setSigningKey(jwtSecret.getBytes())
        .parseClaimsJws(jwtString).getBody();
    return userService.findById((String)claims.get("email"));
  }

}