Springboot吞吐量优化解决方案

原文地址：Springboot吞吐量优化解决方案_灬点点的博客-CSDN博客_springboot提高吞吐量

0.吞吐量是什么？

吞吐量：系统在单位时间内处理请du求的数量。只不过是一个很宽泛的术zhi语，大家经常指的吞吐量dao的单位可能是：TPS/QPS、页面数/秒、人数/天、处理业务数/小时等等。

几个相关的概念：TPS、QPS、RPS
TPS：Transactions Per Second（每秒事务处理数），指服务器每秒处理的事务次数。一般用于评估数据库、交易系统的基准性能。
QPS：Queries Per Second（查询量/秒），是服务器每秒能够处理的查询次数，例如域名服务器、Mysql查询性能。
RPS：Request Per Second（请求数/秒）
RPS（Request Per Second）和QPS可以认为是一回事。
RT：Response Time（响应时间）：客户端发一个请求开始计时，到客户端接收到从服务器端返回的响应结果结束所经历的时间，响应时间由请求发送时间、网络传输时间和服务器处理时间三部分组成。也叫Think Time。

并发数与TPS/QPS的关系：
QPS（TPS）= 并发数/平均响应时间
这里的并发数如果为事务处理请求数，则为TPS，如果为查询请求数，则为QPS。

提升吞吐量的方式？

零、webflux

Webflux 特点：
第一 非阻塞式：在有限资源下，提高系统吞吐量和伸缩性，以 Reactor 为基础实现响应式编程
第二 函数式编程：Spring5 框架基于 java8，Webflux 使用 Java8 函数式编程方式实现路由请求

学习 WebFlux 时需要 Java 8 中的函数式编程、Stream 流等技术作为前置知识。

Spring MVC 构建于 Servlet API 之上，使用的是同步阻塞式 I/O 模型，每一个请求对应一个线程去处理。

Spring WebFlux 是一个异步非阻塞式的 Web 框架，它能够充分利用多核 CPU 的硬件资源去处理大量的并发请求。

可参考：WebFlux 详解_程序猿秃头之路的博客-CSDN博客_webflux

一、异步执行  

实现方式二种：
1.使用异步注解@aysnc、启动类：添加@EnableAsync注解
2.JDK 8本身有一个非常好用的Future类——CompletableFuture

@AllArgsConstructor
public class AskThread implements Runnable{
    private CompletableFuture re = null;

    public void run() {
        int myRe = 0;
        try {
            myRe = re.get() * re.get();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(myRe);
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final CompletableFuture future = new CompletableFuture<>();
        new Thread(new AskThread(future)).start();
        //模拟长时间的计算过程
        Thread.sleep(1000);
        //告知完成结果
        future.complete(60);
    }
}

在该示例中，启动一个线程，此时AskThread对象还没有拿到它需要的数据，执行到 myRe = re.get() * re.get()会阻塞。我们用休眠1秒来模拟一个长时间的计算过程，并将计算结果告诉future执行结果，AskThread线程将会继续执行。

public class Calc {
    public static Integer calc(Integer para) {
        try {
            //模拟一个长时间的执行
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return para * para;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        final CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> calc(50))
                .thenApply((i) -> Integer.toString(i))
                .thenApply((str) -> "\"" + str + "\"")
                .thenAccept(System.out::println);
        future.get();
    }
}

CompletableFuture.supplyAsync方法构造一个CompletableFuture实例，在supplyAsync()方法中，它会在一个新线程中，执行传入的参数。在这里它会执行calc()方法，这个方法可能是比较慢的，但这并不影响CompletableFuture实例的构造速度，supplyAsync()会立即返回。而返回的CompletableFuture实例就可以作为这次调用的契约，在将来任何场合，用于获得最终的计算结果。supplyAsync用于提供返回值的情况，CompletableFuture还有一个不需要返回值的异步调用方法runAsync(Runnable runnable),一般我们在优化Controller时，使用这个方法比较多。这两个方法如果在不指定线程池的情况下，都是在ForkJoinPool.common线程池中执行，而这个线程池中的所有线程都是Daemon（守护）线程，所以，当主线程结束时，这些线程无论执行完毕都会退出系统。

核心代码：

CompletableFuture.runAsync(() ->
   this.afterBetProcessor(betRequest,betDetailResult,appUser,id)
);

异步调用使用Callable来实现

@RestController  
public class HelloController {  
  
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);  
      
    @Autowired  
    private HelloService hello;  
  
    @GetMapping("/helloworld")  
    public String helloWorldController() {  
        return hello.sayHello();  
    }  
  
    /** 
     * 异步调用restful 
     * 当controller返回值是Callable的时候，springmvc就会启动一个线程将Callable交给TaskExecutor去处理 
     * 然后DispatcherServlet还有所有的spring拦截器都退出主线程，然后把response保持打开的状态 
     * 当Callable执行结束之后，springmvc就会重新启动分配一个request请求，然后DispatcherServlet就重新 
     * 调用和处理Callable异步执行的返回结果， 然后返回视图 
     *  
     * @return 
     */  
    @GetMapping("/hello")  
    public Callable helloController() {  
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");  
        Callable callable = new Callable() {  
  
            @Override  
            public String call() throws Exception {  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");  
                String say = hello.sayHello();  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");  
                return say;  
            }  
        };  
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");  
        return callable;  
    }  
}  

异步调用的方式 WebAsyncTask

@RestController  
public class HelloController {  
  
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);  
      
    @Autowired  
    private HelloService hello;  
  
        /** 
     * 带超时时间的异步请求 通过WebAsyncTask自定义客户端超时间 
     *  
     * @return 
     */  
    @GetMapping("/world")  
    public WebAsyncTask worldController() {  
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");  
  
        // 3s钟没返回，则认为超时  
        WebAsyncTask webAsyncTask = new WebAsyncTask<>(3000, new Callable() {  
  
            @Override  
            public String call() throws Exception {  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");  
                String say = hello.sayHello();  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");  
                return say;  
            }  
        });  
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");  
  
        webAsyncTask.onCompletion(new Runnable() {  
  
            @Override  
            public void run() {  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");  
            }  
        });  
  
        webAsyncTask.onTimeout(new Callable() {  
  
            @Override  
            public String call() throws Exception {  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");  
                // 超时的时候，直接抛异常，让外层统一处理超时异常  
                throw new TimeoutException("调用超时");  
            }  
        });  
        return webAsyncTask;  
    }  
  
    /** 
     * 异步调用，异常处理，详细的处理流程见MyExceptionHandler类 
     *  
     * @return 
     */  
    @GetMapping("/exception")  
    public WebAsyncTask exceptionController() {  
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");  
        Callable callable = new Callable() {  
  
            @Override  
            public String call() throws Exception {  
                logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");  
                throw new TimeoutException("调用超时!");  
            }  
        };  
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");  
        return new WebAsyncTask<>(20000, callable);  
    }  
  
}  

二、增加内嵌Tomcat的最大连接数

@Configuration
public class TomcatConfig {
    @Bean
    public ConfigurableServletWebServerFactory webServerFactory() {
        TomcatServletWebServerFactory tomcatFactory = new TomcatServletWebServerFactory();
        tomcatFactory.addConnectorCustomizers(new MyTomcatConnectorCustomizer());
        tomcatFactory.setPort(8005);
        tomcatFactory.setContextPath("/api-g");
        return tomcatFactory;
    }
    class MyTomcatConnectorCustomizer implements TomcatConnectorCustomizer {
        public void customize(Connector connector) {
            Http11NioProtocol protocol = (Http11NioProtocol) connector.getProtocolHandler();
            //设置最大连接数               
            protocol.setMaxConnections(20000);
            //设置最大线程数               
            protocol.setMaxThreads(2000);
            protocol.setConnectionTimeout(30000);
        }
    }

}

三、使用@ComponentScan()定位扫包比@SpringBootApplication扫包更快

@ComponentScan(“com.demo”)
@SpringBootApplication
public class SpringbootApplication {

四、默认tomcat容器改为Undertow（Jboss下的服务器，Tomcat吞吐量5000，Undertow吞吐量8000）

        
                org.springframework.boot
                spring-boot-starter-tomcat
        

改为:

        org.springframework.boot
        spring-boot-starter-undertow

五、使用 BufferedWriter 进行缓冲
六、Deferred方式实现异步调用

@RestController
public class AsyncDeferredController {
    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
    private final LongTimeTask taskService;
    
    @Autowired
    public AsyncDeferredController(LongTimeTask taskService) {
        this.taskService = taskService;
    }
    
    @GetMapping("/deferred")
    public DeferredResult executeSlowTask() {
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + "进入executeSlowTask方法");
        DeferredResult deferredResult = new DeferredResult<>();
        // 调用长时间执行任务
        taskService.execute(deferredResult);
        // 当长时间任务中使用deferred.setResult("world");这个方法时，会从长时间任务中返回，继续controller里面的流程
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + "从executeSlowTask方法返回");
        // 超时的回调方法
        deferredResult.onTimeout(new Runnable(){
		
			@Override
			public void run() {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");
				// 返回超时信息
				deferredResult.setErrorResult("time out!");
			}
		});
        
        // 处理完成的回调方法，无论是超时还是处理成功，都会进入这个回调方法
        deferredResult.onCompletion(new Runnable(){
		
			@Override
			public void run() {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onCompletion");
			}
		});
        
        return deferredResult;
    }
}

七、异步调用可以使用AsyncHandlerInterceptor进行拦截

@Component
public class MyAsyncHandlerInterceptor implements AsyncHandlerInterceptor {
	
	private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyAsyncHandlerInterceptor.class);
 
	@Override
	public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
			throws Exception {
		return true;
	}
 
	@Override
	public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler,
			ModelAndView modelAndView) throws Exception {
//		HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
		logger.info(Thread.currentThread().getName()+ "服务调用完成，返回结果给客户端");
	}
 
	@Override
	public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)
			throws Exception {
		if(null != ex){
			System.out.println("发生异常:"+ex.getMessage());
		}
	}
 
	@Override
	public void afterConcurrentHandlingStarted(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
			throws Exception {
		
		// 拦截之后，重新写回数据，将原来的hello world换成如下字符串
		String resp = "my name is chhliu!";
		response.setContentLength(resp.length());
		response.getOutputStream().write(resp.getBytes());
		
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入afterConcurrentHandlingStarted方法");
	}
 
}