線上業務最佳化之案例實戰

waynaqua發表於2023-12-10

本文是我從業多年開發生涯中針對線上業務的處理經驗總結而來，這些業務或多或少相信大家都遇到過，因此在這裡分享給大家，大家也可以看看是不是遇到過類似場景。本文大綱如下，

image

後臺上傳檔案

線上後臺專案有一個訊息推送的功能，運營新建一條通知訊息時，需要一起上傳一列包含使用者 id 的檔案，來給檔案中包含的指定使用者推送系統訊息。

如上功能描述看著很簡單，但是實際上處理上傳檔案這一步是由講究的，假如說後臺上傳檔案太大，導致記憶體溢位，又或者讀取檔案太慢等其實都是一些隱性的問題。

對於技術側想要做好這個功能，保證大使用者量（比如達到百萬級別）下，上傳檔案、傳送訊息功能都正常，其實是需要仔細思考的，我這裡給出我的最佳化思路，

上傳檔案型別選擇

通常情況下大部分使用者都會使用 Excel 檔案作為後臺上傳檔案型別，但是相比 Excel 檔案，還有一種更加推薦的檔案格式，那就是 CSV 檔案。

CSV 是一種純文字格式，資料以文字形式儲存，每行資料以逗號分隔，沒有任何格式化。

因此 CSV 適用於簡單、易讀、匯入和匯出的場景，而且由於 CSV 檔案只包含純文字，因此檔案大小通常比 Excel 檔案小得多。

但是 CSV 檔案針對複雜電子表格操作的支援就沒 Excel 功能那麼強大了，不過在這個只有一列的檔案上傳業務裡夠用了。

假如說上傳檔案中包含 100 萬使用者 id，那麼這裡使用 CSV 檔案上傳就有明顯優勢，佔用記憶體更少，處理上傳檔案也更快。

訊息推送狀態儲存

由於大批次資料插入是一個耗時操作（可能幾秒也可能幾分鐘），所以需要儲存批次插入是否成功的狀態，在後臺中還需要顯現出這條訊息推送狀態是成功還是失敗，方便運營人員回溯訊息推送狀態。

批次寫入

針對這裡上傳大檔案時的批次寫入場景，這裡提幾個點大家注意一下就行，

rewriteBatchedStatements=true

MySQL 的 JDBC 連線的 url 中要加 rewriteBatchedStatements 引數，並保證 5.1.13 以上版本的驅動，才能實現高效能的批次插入。

MySQL JDBC 驅動在預設情況下會無視 executeBatch()語句，把我們期望批次執行的一組 sql 語句拆散，一條一條地發給 MySQL 資料庫，批次插入實際上是單條插入，直接造成較低的效能。只有把 rewriteBatchedStatements 引數置為 true， 驅動才會幫你批次執行 SQL。另外這個選項對 INSERT/UPDATE/DELETE 都有效。

是否啟用事物功能

批次寫入場景裡要不要啟用事物，其實很多人都有自己的看法，這裡我給出啟用於不啟用的利弊，

  • 啟用事務：好處在於如批次插入過程中，異常情況可以保證原子性，但是效能比不開事務低，在特大資料量下會明顯低一個檔次
  • 不啟用事務：好處就是寫入效能高，特大資料量寫入效能提升明顯，但是無法保證原子性

在本文提到的大檔案上傳批次寫入的場景下，要是追求極致效能我推薦是不啟用事務的。

假如在批次寫入過程中發生網路波動或者資料庫當機，我們其實只需要重新新建一條通知訊息，然後重新上傳包含使用者 id 的檔案即可。

因為上一條通知訊息因為批次插入步驟沒有全部完成，所以推送狀態是失敗。後續等開發人員處理一下髒資料即可。

大事務

@Transactional 是 Spring 框架提供得事務註解，相信這是許多人都知道的，但是在一些高效能場景下，是不建議使用的，推薦透過程式設計式事務來手動控制事務提交或者回滾，減少事務影響範圍，因而提升效能。

使用事務註解

如下是一段訂單超時未支付回滾業務資料得程式碼，採用 @Transactional 事務註解

@Transactional(rollbackFor = Exception.class)
public void doUnPaidTask(Long orderId) {
    // 1. 查詢訂單是否存在
    Order order = orderService.getById(orderId);
    ，，，

    // 2. 更新訂單為已取消狀態
    order.setOrderStatus((byte) OrderStatusEnum.ORDER_CLOSED_BY_EXPIRED.getOrderStatus());
    orderService.updateById(order);
    ...
    // 3. 訂單商品數量增加
    LambdaQueryWrapper<OrderItem> queryWrapper = Wrappers.lambdaQuery();
    queryWrapper.eq(OrderItem::getOrderId， orderId);
    List<OrderItem> orderItems = orderItemService.list(queryWrapper);
    for (OrderItem orderItem : orderItems) {
        Long goodsId = orderItem.getGoodsId();
        Integer goodsCount = orderItem.getGoodsCount();
        if (!goodsDao.addStock(goodsId， goodsCount)) {
            throw new BusinessException("秒殺商品貨品庫存增加失敗");
        }
    }

    // 4. 返還使用者優惠券
    couponService.releaseCoupon(orderId);
    log.info("---------------訂單orderId:{}，未支付超時取消成功"， orderId);
}

可以看到上面訂單回滾的程式碼邏輯有四個步驟，如下，

  1. 查詢訂單是否存在
  2. 更新訂單為已取消狀態
  3. 訂單商品數量增加
  4. 返還使用者優惠券

這裡面有個問題，訂單回滾方法裡面其實只有 2、3、4 步驟是需要在一個事物裡執行的，第 1 步其實可以放在事物外面來執行，以此縮小事物範圍。

使用程式設計式事務

使用程式設計式事務對其最佳化後，程式碼如下，

@Resource
private PlatformTransactionManager platformTransactionManager;
@Resource
private TransactionDefinition transactionDefinition;

public void doUnPaidTask(Long orderId) {
    // 啟用程式設計式事務
    // 1. 在開啟事務錢查詢訂單是否存在
    Order order = orderService.getById(orderId);
    ...
    // 2. 開啟事務
    TransactionStatus transaction = platformTransactionManager.getTransaction(transactionDefinition);
    try {
        // 3. 設定訂單為已取消狀態
        order.setOrderStatus((byte) OrderStatusEnum.ORDER_CLOSED_BY_EXPIRED.getOrderStatus());
        orderService.updateById(order);
        ...
        // 4. 商品貨品數量增加
        LambdaQueryWrapper<OrderItem> queryWrapper = Wrappers.lambdaQuery();
        queryWrapper.eq(OrderItem::getOrderId， orderId);
        List<OrderItem> orderItems = orderItemService.list(queryWrapper);
        for (OrderItem orderItem : orderItems) {
            Long goodsId = orderItem.getGoodsId();
            Integer goodsCount = orderItem.getGoodsCount();
            if (!goodsDao.addStock(goodsId， goodsCount)) {
                throw new BusinessException("秒殺商品貨品庫存增加失敗");
            }
        }

        // 5. 返還優惠券
        couponService.releaseCoupon(orderId);
        // 6. 所有更新操作完成後，提交事務
        platformTransactionManager.commit(transaction);
        log.info("---------------訂單orderId:{}，未支付超時取消成功"， orderId);
    } catch (Exception e) {
        log.info("---------------訂單orderId:{}，未支付超時取消失敗"， orderId， e);
        // 7. 發生異常，回滾事務
        platformTransactionManager.rollback(transaction);
    }
}

可以看到採用程式設計式事務後，我們將查詢邏輯排除在事務之外，這樣也就減小了事物影響範圍。

在極高效能優先的場景下，我們甚至可以考慮不使用事務，使用本地訊息表 + 訊息佇列來實現最終一致性就行 。

海量日誌採集

公司線上有一個專案的客戶端，採用 tcp 協議與後端的一個日誌採集服務建立連線，用來上報客戶端日誌資料。

在業務高峰期下，會有同時成千上萬個客戶端建立連線，實時上報日誌資料。

在上面的高峰期場景下，日誌採集服務會有不小的壓力，如果程式程式碼邏輯處理稍有不當，就會造成服務卡頓、CPU 佔用過高、記憶體溢位等問題。

為了解決上面的大量連線實施上報資料的場景，日誌採集服務決定使用 Netty 框架進行開發。

這裡直接給出日誌採集程式使用 Netty 後的一些最佳化點，

採集日誌非同步化

針對客戶端連線上報日誌的採集流程非同步化處理有三個方案，給大家介紹一下，

  • 普通版：採用阻塞佇列 ArrayBlockingQueue 得生產者消費者模式，對上報的日誌資料進行非同步批次處理，在此場景下，透過生產者將資料快取到記憶體佇列中，然後再消費者中批次獲取記憶體佇列的日誌資料儲存入庫，好處是簡單易用，壞處是有記憶體溢位風險。
  • 進階版：採用 Disruptor 佇列，也是一個基於記憶體的高效能生產者消費者佇列，消費速度對比 ArrayBlockingQueue 有一個數量級以上得效能提升，附簡介說明：https://www.jianshu.com/p/bad7b4b44e48。
  • 終極版：也是公司日誌採集程式最後採用的方案。採用 kfaka 訊息佇列中介軟體，先持久日誌上報資料，然後慢慢消費。雖然引入第三方依賴會增加系統複雜度，但是 kfaka 在大資料場景表現實在是太優秀了，這一點也是值得。

採集日誌壓縮

對上報後的日誌如果要再傳送給其他服務，是需要進行壓縮後再處理，這一步是為了避免消耗過多網路頻寬。

在 Java 裡通常是指序列化方式，Jdk 自帶得序列化方式對比 Protobuf、fst、Hession 等在序列化速度和大小的表現上都沒有優勢，甚至可以用垃圾形容。

Java 常用的序列化框架有下面這些，

  • JDK 自帶的序列化：效能較差，佔用空間大，無法跨語言，好處是簡單易用，通用性強。
  • JSON：常用的 JSON 庫有 Jackson、Gson、Fastjson 等。效能較好，佔用空間少，跨語言支援廣泛，但是無法序列化複雜物件。
  • Protocol Buffers：由 Google 開源，基於 IDL 語言定義格式，編譯器生成物件訪問程式碼。效能高效佔用空間小，但是需要提前定義 Schema。
  • Thrift：Facebook 開源，與 Protocol Buffers 類似。定製生態不如 PB 完善，但是支援多語言互動。
  • Avro：Hadoop 生態圈序列化框架，支援資料隔離與進化，動態讀寫，效能可靠性好，佔用空間較小。但是使用複雜，通用性較差。
  • Hessian：一款開源的二進位制遠端通訊協議，使用簡單方法提供了RMI功能，主要用於物件導向的訊息通訊。支援跨平臺、多語言支援、使用簡單，缺點是傳遞複雜物件效能會下降，不適合安全性高的應用。

如果相容性要求不高可以選擇 JSON，如果要求效率以及傳輸資料量越小越好則 PB/Thrift/Avro/Hessian 更合適。

資料落庫選型

像日誌這種大資料量落庫，都是新增且無修改得場景建議使用 Clickhouse 進行儲存，好處是相同資料量下對比 MySQL 佔用儲存更少，查詢速度更快，壞處就是併發查詢效能比較低，相比 MySQL 使用不算那麼成熟。

最後聊兩句

到這裡本文所介紹三個線上業務最佳化實戰就講完了，其實這種實戰案例還有很多，但是礙於篇幅本文就沒講那麼多拉，後續有機會也會繼續更新這類文章，希望大家能夠喜歡。

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