一个可供参考的Java高并发异步应用案例
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泰康在线微信公众号系泰康在线财产保险股份有限公司旗下平台，希望可以通过持续不断的创新，提升客户对于保险的认知及体验，通过对大数据技术的应用，精准的为客户设计产品以及提供服务。泰康在线微信公众号，现有1000多万粉丝。在日常的运营中，借助于红包奖励、卡券分享、消息通知、微信分享等手段，通过好的内容，好的活动、好的产品以及相应的精准营销来增强用户的粘性和活跃度。在日常运营中，公众号会通过给用户下发营销或者科普类的消息来通知客户。 根据经验，微信消息下发后10分钟后流量会逐步上升，30分钟左右到达峰值，1个小时后会显著下降。在这个时间段内，系统的压力会很大。在系统设计和改进中，系统的很多场景使用异步进行实现，一方面能缩短主流程的时间处理，另一方面能够通过异步队列进行一定程度的削峰。今天重点介绍单个JVM内的异步优化实践，不涉及分布式时的异步优化实践。在异步执行时，可以调用远程的服务集群来实现一定的任务分解。部署示意图整个系统都部署在公有云上，虚拟机上有部署1个Nginx，4个Tomcat，Nginx使用随机的方式负载均衡到Tomcat上面。虚机之间通过LB将客户请求转发到Nginx上面负载均衡，Nginx再将请求分配到tomcat应用服务器上。  由多台应用服务器，对外服务提供Rest服务，在每个Tomcat内部使用异步队列。同时由一台控制服务器，进行异步任务的补偿任务和管理功能。Tomcat和Redis使用多级缓存来降低对Redis的压力，并减少依赖。为什么要在虚机上部署Nginx将请求转发到Tomcat，而不是由LB直接转发到Tomcat。这是因为LB能够支持的IP个数是有限的。典型的用户场景在公众号的运营过程中，典型的事件包括：1.发送短信验证码2.购买成功或者抽奖成功短信通知3.卡券或优惠券发放4.发放微信红包5.微信消息通知6.订单流程处理7.定时批处理（比如数据同步）8.工作流性质的异步任务（未完成异步任务补偿）面详细说明不同场景能够异步的原因：1.不同场景（用户注册，用户购买产品等）下的短信验证码发送，可以使用异步方式发送： 一方面是因为客户这个时效性要求没有那样高，另一方面在特定时间范围内用户没有收到验证码，用户可以点击再次发送验证码。2.购买成功或者抽奖成功后短信或者邮件通知，可以通过异步的方式进行。 因为涉及用户的利益，要谨慎对待。一方面一定要把数据先存到数据库或者日志里面（注意信息安全^-^,别存敏感明文信息或者加密存储），然后再放入到异步队列中执行。3.另一个方面，要考虑到应用服务意外停止时，没有发送成功数据的补偿机制。 这种情况不常见，并且为了减少耦合和当前异步程序的复杂度。我们使用单独的服务上部署异步任务补偿程序，来扫描未完成的任务，并且进行重放（一定要注意严谨性）。4.优惠券和卡券的发放，跟购买成功或抽奖成功的方式类似。\u000b可以在当前活动高峰后延时发放，并且使用异步的方式进行。5.微信红包，因为需要跟微信进行交互，并且微信会通知客户红包的情况，可以使用异步的方式进行。 当涉及资金或者礼品时，一定要谨慎对待设计，并且需要有方便进行异步任务停止和启动的功能。6.微信消息通知，因为跟微信进行交互，成功后微信进行通知，可以使用异步。 这个跟短信验证码类似。7.订单流程处理，可以使用异步，因为涉及到后续步骤可以使用简单工作流来完成。有几个开源的框架可以参考。数据同步或者异步任务补偿，因为是延时处理，可以使用异步进行处理。在使用时，可以配合定时任务，比如cron4j来周期性的进行补偿。适合后面总-分-总的任务处理模式。针对这些“无处不在的异步”，后面详细分析其内在模型。无处不在的异步下图包含了4种典型的异步队列模型（图片来源于网络）： 一个生产者生产数据，一个消费者消费数据，一般用在后台处理的业务逻辑中。1.一个生产者生产数据，多个消费者消费数据（这里面有两种情况：同一个消息，可以被多个消费者分别消费。或者多个消费者组成一个组，一个消费者消费一个数据）。2.多个生产者生产数据，单个消费者消费数据，可以用在限流或者排队等候单一资源处理的场景中。3.多个生产者分别生产数据，多个消费者消费数据（这里面有两种情况：同一个消息，可以被多个消费者分别消费。或者多个消费者组成一个组，一个消费者消费一个数据）。 总分总任务模型：特别适第一个线程取出一批数据放到队列中（比如select）；由多个线程分别执行业务逻辑；执行后的结果由一个线程来执行（比如update操作，这样能够防止数据库锁）这是从技术上分析的几种常见模型，在实践中涉及怎样选择框架。1.使用堵塞队列的线程池2.使用固定步长或固定时间的队列3.使用Disruptor4.使用MQ或Kafka使用线程池实现异步 （支持多生产者，多消费者） 特点：可以使用JDK自带的线程池实现异步，编程简单，资料多。建议在并发量小的场景下优先选择。使用Guava Queues （支持多生产者单消费者） 特点：异步批量队列，在队列到达指定长度，或者到达指定时间后，批量进行数据处理。适合于对响应时间要求低，能够容忍一定的数据丢失的场景。比如短小文本数据的批量保存。在经过一段时间调研后，我们发现Disruptor更能满足我们需要。首先介绍一下Disruptor的强悍的性能。    这张图包含我列举的上述的异步队列模型景，因此很有代表意义。Disruptor因为使用无锁的队列方式，具有很高的性能。具体的原理不详述，大家可以搜索看到。Disruptor支持上面典型场景，并且灵活使用Disruptor的工作流机制，能简化编程。1.英文文章入门：https://github.com/LMAX-Exchange/disruptor/wiki/Getting-Started2.中文的demo链接：http://my.oschina.net/u/2273085/blog/507735?p=13.并发框架Disruptor相关译文：http://ifeve.com/disruptor/再贴一下官方的测试结果。 下面从代码层面说明disruptor的几种用法。使用Disruptor（单生产者多消费者） Disruptor 提供了多个 WaitStrategy的实现，每种策略都具有不同性能和优缺点，根据实际运行环境的 CPU 的硬件特点选择恰当的策略，并配合特定的 JVM的配置参数，能够实现不同的性能提升。 例如，BlockingWaitStrategy、SleepingWaitStrategy、YieldingWaitStrategy 等，其中：1.BlockingWaitStrategy 是最低效的策略，但其对CPU的消耗最小并且在各种不同部署环境中能提供更加一致的性能表现；2.SleepingWaitStrategy 的性能表现跟 BlockingWaitStrategy 差不多，对 CPU的消耗也类似，但其对生产者线程的影响最小，适合用于异步日志类似的场景；3.YieldingWaitStrategy的性能是最好的，适合用于低延迟的系统。在要求极高性能且事件处理线数小于 CPU逻辑核心数的场景中，推荐使用此策略；例如，CPU开启超线程的特性。我们现在使用BlockingWaitStrategy这种模式。使用Disruptor（多生产者多消费者） 使用Disruptor（多生产者多消费者） 这个例子中，使用类似线程池的消费组处理数据。多步模式工作流：Disruptor  使用异步后的烦恼烦恼一： 数据丢失的风险解决方式：先写日志或数据库，后放入异步队列.烦恼二：对其他系统的压力变大解决方式：使用一定的限流和熔断，对其他系统进行保护。烦恼三：数据保存后异步任务未执行解决方式：使用异步任务补偿的方式，定期从数据库中获取数据，放到队列中进行执行，执行后更新数据状态位。烦恼四：怎样队列长设置和消费者数量解决方式：使用实际的压力测试来获得队列长度。或者使用排队论的数学公式得到初步的值,然后进行实际压测。最后介绍一下项目中的经验：1.量力而行：根据业务特点进行技术选型，业务量小尽量避免使用异步。有所为，有所不为2.数据说话：异步时一定要进行必要的压力测试3.先找出系统的关键点：优化单体系统内的性能，再通过整体系统分解来全局优化4.根据团队和项目的特点选择框架。 |