在高并發(fā)的場景下，異步是一個極其重要的優(yōu)化方向。

前段時間，生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生一次事故，筆者認(rèn)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(gòu)優(yōu)化方案。希望大家讀完之后，可以對異步有更深刻的理解。

一、業(yè)務(wù)場景

老師登錄教研平臺，會看到課程列表，點(diǎn)擊課程后，課程會以視頻的形式展現(xiàn)出來。

訪問課程詳情頁面，包含兩個核心動作：

• 讀取課程視頻信息 

從緩存服務(wù)器 Redis 獲取課程的視頻信息 ，返回給前端，前端通過視頻組件渲染。

• 寫入課程觀看行為記錄 

當(dāng)教師觀看視頻的過程中，瀏覽器每隔3秒發(fā)起請求，教研服務(wù)將觀看行為記錄插入到數(shù)據(jù)庫表中。而且隨著用戶在線人數(shù)越多，寫操作的頻率也會指數(shù)級增長。

上線初期，這種設(shè)計(jì)運(yùn)行還算良好，但隨著在線用戶的增多，系統(tǒng)響應(yīng)越來越慢，大量線程阻塞在寫入視頻觀看進(jìn)度表上的 Dao 方法上。

首先我們會想到一個非常直觀的方案，提升寫入數(shù)據(jù)庫的能力。

• 優(yōu)化 SQL 語句；
• 提升 MySQL 數(shù)據(jù)庫硬件配置 ;
• 分庫分表。

這種方案其實(shí)也可以滿足我們的需求，但是通過擴(kuò)容硬件并不便宜，另外寫操作可以允許適當(dāng)延遲和丟失少量數(shù)據(jù)，那這種方案更顯得性價比不足。

那么架構(gòu)優(yōu)化的方向應(yīng)該是：“減少寫動作的耗時，提升寫動作的并發(fā)度”， 只有這樣才能讓系統(tǒng)更順暢的運(yùn)行。

于是，我們想到了第二種方案：寫請求異步化。

• 線程池模式
• 本地內(nèi)存 + 定時任務(wù)
• MQ 模式
• Agent 服務(wù) + MQ 模式

二、線程池模式

2014年，筆者在藝龍旅行網(wǎng)負(fù)責(zé)紅包系統(tǒng)相關(guān)工作。運(yùn)營系統(tǒng)會調(diào)用紅包系統(tǒng)給特定用戶發(fā)送紅包，當(dāng)這些用戶登錄 app 后，app 端會調(diào)用紅包系統(tǒng)的激活紅包接口 。

激活紅包接口是一個寫操作，速度也比較快(20毫秒左右)，接口的日請求量在2000萬左右。

應(yīng)用訪問高峰期，紅包系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定，激活接口經(jīng)常超時，筆者為了快速解決問題，采取了一個非常粗糙的方案：

"控制器收到請求后，將寫操作放入到獨(dú)立的線程池中后，立即返回給前端，而線程池會異步執(zhí)行激活紅包方法"。

當(dāng)時按照這種粗糙的方法優(yōu)化后，紅包系統(tǒng)非常穩(wěn)定，再也沒有出現(xiàn)接口響應(yīng)超時的問題。

回到教研的場景，見下圖，我們也可以設(shè)計(jì)類似線程池模型的方案：

使用線程池模式，需要注意如下幾點(diǎn)：

• 線程數(shù)不宜過高，避免占用過多的數(shù)據(jù)庫連接 ;
• 需要考慮評估線程池隊(duì)列的大小，以免出現(xiàn)內(nèi)存溢出的問題。

三、本地內(nèi)存 + 定時任務(wù)

開源中國統(tǒng)計(jì)瀏覽數(shù)的方案非常經(jīng)典。

用戶訪問過一次文章、新聞、代碼詳情頁面，訪問次數(shù)字段加 1 , 在 oschina 上這個操作是異步的，訪問的時候只是將數(shù)據(jù)在內(nèi)存中保存，每隔固定時間將這些數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。

示例代碼如下：

我們可以借鑒開源中國的方案 ：

• 控制器接收請求后，觀看進(jìn)度信息存儲到本地內(nèi)存 LinkedBlockingQueue 對象里；
• 異步線程每隔1分鐘從隊(duì)列里獲取數(shù)據(jù) ，組裝成 List 對象，最后調(diào)用 Jdbc batchUpdate 方法批量寫入數(shù)據(jù)庫；
• 批量寫入主要是為了提升系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)是：不改動原有業(yè)務(wù)架構(gòu)，簡單易用，性能也高。該方案同樣需要考慮內(nèi)存溢出的風(fēng)險。

四、MQ 模式

很多同學(xué)們會想到 MQ 模式 ，消息隊(duì)列最核心的功能是異步和解耦，MQ 模式架構(gòu)清晰，易于擴(kuò)展。

核心流程如下：

• 控制器接收寫請求，將觀看視頻行為記錄轉(zhuǎn)換成消息 ；
• 教研服務(wù)發(fā)送消息到 MQ  ，將寫操作成功信息返回給前端 ；
• 消費(fèi)者服務(wù)從 MQ 中獲取消息 ，批量操作數(shù)據(jù)庫 。

這種方案優(yōu)點(diǎn)是：

• MQ 本身支持高可用和異步，發(fā)送消息效率高 , 也支持批量消費(fèi);
• 消息在 MQ 服務(wù)端會持久化，可靠性要比保存在本地內(nèi)存高；
• 不過 MQ 模式需要引入新的組件，增加額外的復(fù)雜度。

五、Agent 服務(wù) + MQ 模式

互聯(lián)網(wǎng)大廠還有一種常見的異步的方案：Agent 服務(wù) + MQ 模式。

教研服務(wù)器上部署 Agent 服務(wù)（獨(dú)立的進(jìn)程） , 教研服務(wù)接收寫請求后，將請求按照固定的格式（比如 JSON ）寫入到磁盤中，然后給前端返回成功信息。

Agent 服務(wù)會監(jiān)聽文件變動，將文件內(nèi)容發(fā)送到消息隊(duì)列 , 消費(fèi)者服務(wù)獲取觀看行為記錄，將其存儲到 MySQL 數(shù)據(jù)庫中。

這種方案最大的優(yōu)點(diǎn)是：架構(gòu)分層清晰，業(yè)務(wù)服務(wù)不需要引入 MQ 組件。

筆者原來接觸過的性能監(jiān)控平臺，或者日志分析平臺都使用這種模式。

六、總結(jié)

學(xué)習(xí)需要一層一層遞進(jìn)的思考。

第一層：什么場景下需要異步

• 大量寫操作占用了過多的資源，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行；
• 寫操作異步后，不影響主流程，允許適當(dāng)延遲。

第二層：異步的外功心法

本文提到了四種異步方式：

• 線程池模式
• 本地內(nèi)存 + 定時任務(wù)
• MQ 模式
• Agent 服務(wù) + MQ 模式

它們的共同特點(diǎn)是：將寫操作命令存儲在一個池子后，立刻響應(yīng)給前端，減少寫動作的耗時。任務(wù)服務(wù)異步從池子里獲取任務(wù)后執(zhí)行。

第三層：異步的本質(zhì)

在筆者看來，異步是更細(xì)粒度的使用系統(tǒng)資源的一種方式。

在教研課程詳情場景里，數(shù)據(jù)庫的資源是固定的，但寫操作占據(jù)大量數(shù)據(jù)庫資源，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的阻塞，但寫操作并不是最核心的業(yè)務(wù)流程，它不應(yīng)該占用那么多的系統(tǒng)資源。

不能為了異步而異步，無論是使用線程池，還是本地內(nèi)存 + 定時任務(wù) ，亦或是 MQ ，對數(shù)據(jù)庫資源的使用都需要在合理的范圍內(nèi)，否則異步就達(dá)不到我們想要的效果。