java介面效能從20s優化到500ms範例詳解

2022-07-18 18:04:42

前言

介面效能問題，對於從事後端開發的同學來說，是一個繞不開的話題。想要優化一個介面的效能，需要從多個方面著手。

其實，我之前也寫過一篇介面效能優化相關的文章《java介面效能優化小技巧》，發表之後在全網廣受好評，感興趣的小夥們可以仔細看看。

本文將會接著介面效能優化這個話題，從實戰的角度出發，聊聊我是如何優化一個慢查詢介面的。

上週我優化了一下線上的批次評分查詢介面，將介面效能從最初的20s，優化到目前的500ms以內。

總體來說，用三招就搞定了。

到底經歷了什麼？

1. 案發現場

我們每天早上上班前，都會收到一封線上慢查詢介面彙總郵件，郵件中會展示介面地址、呼叫次數、最大耗時、平均耗時和traceId等資訊。

我看到其中有一個批次評分查詢介面，最大耗時達到了20s，平均耗時也有2s。

用skywalking檢視該介面的呼叫資訊，發現絕大數情況下，該介面響應還是比較快的，大部分情況都是500ms左右就能返回，但也有少部分超過了20s的請求。

這個現象就非常奇怪了。

莫非跟資料有關？

比如：要查某一個組織的資料，是非常快的。但如果要查平臺，即組織的根節點，這種情況下，需要查詢的資料量非常大，介面響應就可能會非常慢。

但事實證明不是這個原因。

很快有個同事給出了答案。

他們在結算單列表頁面中，批次請求了這個介面，但他傳參的資料量非常大。

怎麼回事呢？

當初說的需求是這個介面給分頁的列表頁面呼叫，每頁大小有：10、20、30、50、100，使用者可以選擇。

換句話說，呼叫批次評價查詢介面，一次性最多可以查詢100條記錄。

但實際情況是：結算單列表頁面還包含了很多訂單。基本上每一個結算單，都有多個訂單。呼叫批次評價查詢介面時，需要把結算單和訂單的資料合併到一起。

這樣導致的結果是：呼叫批次評價查詢介面時，一次性傳入的引數非常多，入參list中包含幾百、甚至幾千條資料都有可能。

2. 現狀

如果一次性傳入幾百或者幾千個id，批次查詢資料還好，可以走主鍵索引，查詢效率也不至於太差。

但那個批次評分查詢介面，邏輯不簡單。

虛擬碼如下：

public List<ScoreEntity> query(List<SearchEntity> list) {
    //結果
    List<ScoreEntity> result = Lists.newArrayList();
    //獲取組織id
    List<Long> orgIds = list.stream().map(SearchEntity::getOrgId).collect(Collectors.toList());
    //通過regin呼叫遠端介面獲取組織資訊
    List<OrgEntity> orgList = feginClient.getOrgByIds(orgIds);
    for(SearchEntity entity : list) {
        //通過組織id找組織code
        String orgCode = findOrgCode(orgList, entity.getOrgId());
        //通過組合條件查詢評價
        ScoreSearchEntity scoreSearchEntity = new ScoreSearchEntity();
        scoreSearchEntity.setOrgCode(orgCode);
        scoreSearchEntity.setCategoryId(entity.getCategoryId());
        scoreSearchEntity.setBusinessId(entity.getBusinessId());
        scoreSearchEntity.setBusinessType(entity.getBusinessType());
        List<ScoreEntity> resultList = scoreMapper.queryScore(scoreSearchEntity);
        if(CollectionUtils.isNotEmpty(resultList)) {
            ScoreEntity scoreEntity = resultList.get(0);
            result.add(scoreEntity);
        }
    }
    return result;
}

其實在真實場景中，程式碼比這個複雜很多，這裡為了給大家演示，簡化了一下。

最關鍵的地方有兩點：

在介面中遠端呼叫了另外一個介面
需要在for迴圈中查詢資料

其中的第1點，即：在介面中遠端呼叫了另外一個介面，這個程式碼是必須的。

因為如果在評價表中冗餘一個組織code欄位，萬一哪天組織表中的組織code有修改，不得不通過某種機制，通知我們同步修改評價表的組織code，不然就會出現資料不一致的問題。

很顯然，如果要這樣調整的話，業務流程上要改了，程式碼改動有點大。

所以，還是先保持在介面中遠端呼叫吧。

這樣看來，可以優化的地方只能在：for迴圈中查詢資料。

3. 第一次優化

由於需要在for迴圈中，每條記錄都要根據不同的條件，查詢出想要的資料。

由於業務系統呼叫這個介面時，沒有傳id，不好在where條件中用id in (...)，這方式批次查詢資料。

其實，有一種辦法不用迴圈查詢，一條sql就能搞定需求：使用or關鍵字拼接，例如：

(org_code='001' and category_id=123 and business_id=111 and business_type=1) or (org_code='002' and category_id=123 and business_id=112 and business_type=2) or (org_code='003' and category_id=124 and business_id=117 and business_type=1)...

這種方式會導致sql語句會非常長，效能也會很差。

其實還有一種寫法：

where (a,b) in ((1,2),(1,3)...)

不過這種sql，如果一次性查詢的資料量太多的話，效能也不太好。

居然沒法改成批次查詢，就只能優化單條查詢sql的執行效率了。

首先從索引入手，因為改造成本最低。

第一次優化是優化索引。

評價表之前建立一個business_id欄位的普通索引，但是從目前來看效率不太理想。

由於我果斷的加了聯合索引：

alter table user_score add index  `un_org_category_business` (`org_code`,`category_id`,`business_id`,`business_type`) USING BTREE;

該聯合索引由：org_code、category_id、business_id和business_type四個欄位組成。

經過這次優化，效果立竿見影。

批次評價查詢介面最大耗時，從最初的20s，縮短到了5s左右。

4. 第二次優化

由於需要在for迴圈中，每條記錄都要根據不同的條件，查詢出想要的資料。

只在一個執行緒中查詢資料，顯然太慢。

那麼，為何不能改成多執行緒呼叫？

第二次優化，查詢資料庫由單執行緒改成多執行緒。

但由於該介面是要將查詢出的所有資料，都返回回去的，所以要獲取查詢結果。

使用多執行緒呼叫，並且要獲取返回值，這種場景使用java8中的CompleteFuture非常合適。

程式碼調整為：

CompletableFuture[] futureArray = dataList.stream()
     .map(data -> CompletableFuture
          .supplyAsync(() -> query(data), asyncExecutor)
          .whenComplete((result, th) -> {
       })).toArray(CompletableFuture[]::new);
CompletableFuture.allOf(futureArray).join();

CompleteFuture的本質是建立執行緒執行，為了避免產生太多的執行緒，所以使用執行緒池是非常有必要的。

優先推薦使用ThreadPoolExecutor類，我們自定義執行緒池。

具體程式碼如下：

ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
    8, //corePoolSize執行緒池中核心執行緒數
    10, //maximumPoolSize 執行緒池中最大執行緒數
    60, //執行緒池中執行緒的最大空閒時間，超過這個時間空閒執行緒將被回收
    TimeUnit.SECONDS,//時間單位
    new ArrayBlockingQueue(500), //佇列
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); //拒絕策略

也可以使用ThreadPoolTaskExecutor類建立執行緒池：

@Configuration
public class ThreadPoolConfig {
    /**
     * 核心執行緒數量，預設1
     */
    private int corePoolSize = 8;
    /**
     * 最大執行緒數量，預設Integer.MAX_VALUE;
     */
    private int maxPoolSize = 10;
    /**
     * 空閒執行緒存活時間
     */
    private int keepAliveSeconds = 60;
    /**
     * 執行緒阻塞佇列容量,預設Integer.MAX_VALUE
     */
    private int queueCapacity = 1;
    /**
     * 是否允許核心執行緒超時
     */
    private boolean allowCoreThreadTimeOut = false;
    @Bean("asyncExecutor")
    public Executor asyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setKeepAliveSeconds(keepAliveSeconds);
        executor.setAllowCoreThreadTimeOut(allowCoreThreadTimeOut);
        // 設定拒絕策略，直接在execute方法的呼叫執行緒中執行被拒絕的任務
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        // 執行初始化
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

經過這次優化，介面效能也提升了5倍。

從5s左右，縮短到1s左右。

但整體效果還不太理想。

5. 第三次優化

經過前面的兩次優化，批次查詢評價介面效能有一些提升，但耗時還是大於1s。

出現這個問題的根本原因是：一次性查詢的資料太多。

那麼，我們為什麼不限制一下，每次查詢的記錄條數呢？

第三次優化，限制一次性查詢的記錄條數。其實之前也做了限制，不過最大是2000條記錄，從目前看效果不好。

限制該介面一次只能查200條記錄，如果超過200條則會報錯提示。

如果直接對該介面做限制，則可能會導致業務系統出現異常。

為了避免這種情況的發生，必須跟業務系統團隊一起討論一下優化方案。

主要有下面兩個方案：

5.1 前端做分頁

在結算單列表頁中，每個結算單預設只展示1個訂單，多餘的分頁查詢。

這樣的話，如果按照每頁最大100條記錄計算的話，結算單和訂單最多一次只能查詢200條記錄。

這就需要業務系統的前端做分頁功能，同時後端介面要調整支援分頁查詢。

但目前現狀是前端沒有多餘開發資源。

由於人手不足的原因，這套方案目前只能暫時擱置。

5.2 分批呼叫介面

業務系統後端之前是一次性呼叫評價查詢介面，現在改成分批呼叫。

比如：之前查詢500條記錄，業務系統只呼叫一次查詢介面。

現在改成業務系統每次只查100條記錄，分5批呼叫，總共也是查詢500條記錄。

這樣不是變慢了嗎？

答：如果那5批呼叫評價查詢介面的操作，是在for迴圈中單執行緒順序的，整體耗時當然可能會變慢。

但業務系統也可以改成多執行緒呼叫，只需最終彙總結果即可。

此時，有人可能會問題：在評價查詢介面的伺服器多執行緒呼叫，跟在其他業務系統中多執行緒呼叫不是一回事？

還不如把批次評價查詢介面的伺服器中，執行緒池的最大執行緒數調大一點？

顯然你忽略了一件事：線上應用一般不會被部署成單點。絕大多數情況下，為了避免因為伺服器掛了，造成單點故障，基本會部署至少2個節點。這樣即使一個節點掛了，整個應用也能正常存取。

當然也可能會出現這種情況：假如掛了一個節點，另外一個節點可能因為存取的流量太大了，扛不住壓力，也可能因此掛掉。

換句話說，通過業務系統中的多執行緒呼叫介面，可以將存取介面的流量負載均衡到不同的節點上。

他們也用8個執行緒，將資料分批，每批100條記錄，最後將結果彙總。

經過這次優化，介面效能再次提升了1倍。

從1s左右，縮短到小於500ms。

溫馨提醒一下，無論是在批次查詢評價介面查詢資料庫，還是在業務系統中呼叫批次查詢評價介面，使用多執行緒呼叫，都只是一個臨時方案，並不完美。

這樣做的原因主要是為了先快速解決問題，因為這種方案改動是最小的。

要從根本上解決問題，需要重新設計這一套功能，需要修改表結構，甚至可能需要修改業務流程。但由於牽涉到多條業務線，多個業務系統，只能排期慢慢做了。

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